|
Реферат: Полет Гагарина ( Космонавтика)
Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением английского языка
при Посольстве РФ в США
Тема:
«Полет Гагарина»
Выполнила Аня К. ученица
11 класса Руководитель _______
преподаватель истории
г. Вашингтон 2004г.
Содержание
Введение 3
Начало космической эры 4
Гагарин – первый человек в космосе 7
Реакция США 11
Заключение 18
Приложение 20
Библиография 22
Введение
Пред нами тайны
обнажатся,
Возблещут дальние миры…
Блок
Двадцатый век навсегда войдет в историю человечества как век освоения
космического пространства. Стремительное развитие ракетно-ядерной техники
пришлось на окончание второй мировой войны и самый разгар последовавшей за
ней так называемой «холодной войны». В результате победы СССР над
фашистской Германией коммунистические идеи были столь популярны в мире, что
некоторые государства избрали социалистический путь развития. Мир оказался
разделенным на два политических лагеря: социалистический (во главе с СССР)
и капиталистический (во главе с США). Безумная гонка вооружений затронула
все области военно-промышленных комплексов СССР и США. Соревновались везде:
в создании новейших систем стрелкового оружия (на советский АКМ Соединенные
штаты ответили М-16), в новых конструкциях танков, самолетов, кораблей и
подводных лодок. Но, пожалуй, самым драматичным было соревнование по
созданию ракетной техники. Весь, так называемый, мирный космос в те времена
был даже не подводной частью айсберга, а снежной шапкой на видимой его
части. Обеим супердержавам нужен был эффективный открытый способ
демонстрации своих достижений в этой области, который напрямую доказывал бы
превосходство той или иной социально-политической системы. Это могли
сделать достижения в мирном освоении космоса: кто первый, например,
> выведет на орбиту первый искусственный спутник Земли;
> запустит в космос человека;
> «дотронется» до Луны;
> ступит на поверхность Луны;
> достигнет ближайших планет солнечной системы.
США обогнали СССР по количеству ядерных боеголовок, а СССР лидировал в
ракетостроении. СССР первым в мире запустил спутник, а в 1961 году уже
отправил в космос человека. Американцы не могли долго терпеть столь
наглядное превосходство. И в итоге первыми ступили на Луну.
Полет человека в околоземное космическое пространство – это величайшее
событие не только XX века, но и всей истории человечества. Был пройден
важнейший психологический рубеж. Полет Гагарина показал, что человек может
летать в космос, может сохранять работоспособность и нормальное психическое
состояние на всех этапах космического полета – при взлете на ракете, в
длительной невесомости и тогда, когда спускаемый аппарат, словно метеор, в
окружении раскаленной плазмы движется в атмосфере Земли. Это событие,
безусловно, расценивается, как политическое достижение СССР, но нельзя
умолять и его научного значения. С того момента, по сути, началось
практическое покорение космоса.
Я выбрала эту тему потому, что интерес к космосу у меня возник давно.
В США у меня появилась отличная возможность рассмотреть первый полет
человека в космос, который дал нашей стране фантастический моральный
авторитет, через глаза нашего главного космического соперника – США. Столь
знаменательное событие явилось для Советского Союза одним из величайших
достижений и огромным огорчением для американцев. Цель моего реферата
заключается в том, чтобы выявить истоки успеха СССР, раскрыть сущность
событий, происходивших в Белом Доме, в NASA* после успешного полета
Гагарина, показать точку зрения США, получивших столь чувствительный удар
по своему самолюбию.
Начало космической эры
Ракета для меня только способ,
только метод проникновения в
глубину космоса, но отнюдь не
самоцель… Вся суть в переселении
с Земли и в заселении космоса.
К. Э. Циолковский.
Наш выдающийся соотечественник К. Э. Циолковский еще в начале ХХ века
утверждал: «Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели…
Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и
пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет
себе все околосолнечное пространство». 4 октября 1957 года в 22 часа 28
минут Московского Времени с космодрома Байконур в СССР стартовал первый в
мире искусственный спутник Земли (ИСЗ). При поперечине в 580 мм масса
первого спутника составляла 83,6 кг. Он просуществовал 92 суток.
3 ноября того же года Советский Союз сообщил о выведении на орбиту
«Спутника-2».В отдельной герметической кабине находились собака Лайка и
телеметрическая система для регистрации ее поведения в невесомости.
В США 6 декабря 1957 г. была предпринята попытка запустить спутник
«Авангард-1» с помощью ракеты-носителя, разработанного Исследовательской
лабораторией ВМФ. После зажигания ракета поднялась, однако через секунду
двигатели выключились, и ракета упала. 31 января 1958 г. был выведен на
орбиту спутник «Эксплорер-1» (американский ответ на запуск советских
спутников).
И 5 февраля 1958 г. США попытались вторично запустить спутник
«Авангард-1», но и эта попытка также закончилась аварией, как и первая.
Наконец 17 марта спутник был выведен на орбиту. В период с декабря 1957 г.
по сентябрь 1959 г. было предпринято 11 попыток вывести на орбиту «Авангард-
1» только 3 из них были успешными.
17 августа 1958 г. закончилась неудачей попытка послать с мыса
Канаверал, штат Флорида, в окрестности Луны зонд с научной аппаратурой. 11
октября 1958 г. была предпринята вторая попытка запуска лунного зонда
«Пионер-1», которая также оказалась неудачной, как и последующие несколько
запусков. И лишь 3 марта 1959 г. «Пионер-4», массой 6,1 кг частично
выполнил поставленную задачу: пролетел мимо Луны на расстоянии 60000 км
(вместо планируемых 24000 км).
Так же как и при запуске спутника Земли, приоритет в запуске первого
зонда принадлежит СССР: 2 января 1959 г вышла на околосолнечную орбиту
советская космическая ракета «Луна-1». Она стала спутником Солнца. На
Западе ее назвали лунником. За 34 часа полета ракета прошла 370 тыс. км.,
пересекла орбиту Луны и вышла в околосолнечное пространство.
«Луна-2», запущенная 12 сентября 1959 г., совершила первый в мире
полет на другое небесное тело. В 390,2-килограммовой сфере размещались
приборы, показавшие, что Луна не имеет магнитного поля и радиационного
пояса.
Автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-3» была запущена 4
октября 1959 г. Вес станции равнялся 435 кг. Установленная в ней аппаратура
сфотографировала и передала на Землю изображение не видимой нами обратной
стороны Луны.
Американским ученым после многих неудачных попыток так же удалось
получить серию снимков поверхности Луны с помощью ракет серии «Рейнджер».
Прочно овладев техникой запуска автоматических аппаратов, советские
ученые приступили к созданию космического корабля для полетов человека.
Десятки неразрешенных вопросов стояли перед наукой:
создание более мощных ракетоносителей для выведения на орбиту космических
кораблей;
> конструирование и построение летательных аппаратов, не только полностью
обеспечивающих безопасность космонавта на всех этапах полета, но и
создающих необходимые условия для его жизни и работы;
> разработка целого комплекса специальных тренировок для будущих
космонавтов.
Несмотря на всю сложность этой грандиозной проблемы, советская наука и
техника блестяще справились с ее решением. С 1960-1961 было запущено пять
кораблей-спутников, когда места в кабине занимали различные живые существа
– от грибков и бактерий до известных всему миру собак Белки и Стрелки, а
также собак Пчелки и Мушки – конструкция космического корабля со всеми его
сложными системами выведения на орбиту, стабилизации полета и обратного
спуска на Землю была полностью отработана.
Американской копией советской серии «Восток»* был проект «Меркурий»**.
В 1960г впервые установили «Меркурий» на его штатный ракетоноситель
«Атлас». Планировался лишь суборбитальный полёт. 29 июля 1960
ракетоноситель взорвался через минуту после старта. Первый успешный
беспилотный баллистический полёт капсулы «Меркурий» (на ракете «Редстоун»)
прошёл 19 декабря. Затем 31 января 1961 в космос полетел шимпанзе Хэм.
Полет длился 16 минут 39 секунд.
21 февраля 1961 – новое успешное испытание, теперь уже на штатной
ракетоносителе «Атлас». NASA решило подстраховаться и на 24 марта 1961
назначило внеплановый беспилотный полёт. Но его пришлось отложить. И к
великому разочарованию американцев, Гагарин полетел в космос первым!!!
Гагарин – первый человек в космосе
Вселенная принадлежит человеку!
К. Э. Циолковский
Издавна далекий и неведомый мир космоса представлялся человеку
царством безмолвия. И вот апрельским днем 1961 года космос заговорил!
Заговорил по-русски! Можно сказать, что тогда вся наша планета с волнением
вслушивалась в голос русского парня, доносившийся сквозь радиопомехи из
космоса. Это был голос Гагарина.
Ю.А. Гагарин родился 9 марта 1934 года в деревне Клушино Гжатского
района Смоленской области в крестьянской семье. В 1949 году он поступил в
Люберецкое ремесленное училище под Москвой, где учился на формовщика-
литейщика. Два года спустя как один из лучших учеников Юрий был направлен
для продолжения учебы в Саратовский индустриальный техникум. Во время учебы
в техникуме он начал заниматься в Саратовском аэроклубе, что окончательно
предопределило его судьбу: он решил посвятить себя авиации. По рекомендации
комиссии аэроклуба Юрий Гагарин поступил в 1-е Чкаловское военно-
авиационное училище в Оренбурге, которое окончил в 1957 году, и был
направлен на службу в Заполярье.
В 1959 году Гагарин участвовал в конкурсном отборе кандидатов для
полета в космос, и был зачислен в первый отряд космонавтов в числе других
20 офицеров-летчиков. В 1960 году он начал готовиться к полету в космос в
центре подготовки космонавтов, ныне носящем его имя. Гагарин работал
упорно, самозабвенно, с полной отдачей сил. Каждый из космонавтов горел
желанием полететь в космос первым. Но когда обсуждался этот вопрос, выбор
пал на Гагарина.
Каким же запомнился день 12 апреля 1961 года прежде всего участникам и
очевидцам тех знаменательных событий? Вот, что рассказывал космонавт Герман
Титов, дублер Гагарина, сам вскоре отправившийся в космос:
«Мы не ощущали тогда всего историзма событий. Накануне мы оба рано
легли спать. Нам определено так было распорядком дня. И мы выполнили этот
пункт программы добросовестно. Главный конструктор советской ракетно-
космической техники Сергей Королев ходил всю ночь вокруг дома, где мы
спали, как бы охраняя наш сон».
«Автобус быстро мчался по шоссе, – вспоминал то памятное апрельское
утро Юрий Гагарин. – Я еще издали увидел устремленный ввысь серебристый
корпус ракеты, оснащенной шестью двигателями общей мощностью в двадцать
миллионов лошадиных сил. Она напоминала гигантский маяк, и первый луч
восходящего солнца горел на ее острой вершине».
«Итак, мы на космодроме, – продолжал вспоминать Герман Титов. – Ясное
утро 12 апреля 1961 года. Солнце едва показалось за далеким горизонтом, но
лучи его уже греют, ласкают. Автобус доставил нас к подножию ракеты. Через
несколько минут Гагарин займет место в кабине корабля. Он прощается с
учеными, специалистами, товарищами-космонавтами. Мы оба были в скафандрах,
но тоже обнялись и, как у нас принято говорить, «чокнулись» гермошлемами».
Вот, с какими словами Гагарин обратился к провожающим в это утро:
«Дорогие друзья, близкие и незнакомые, соотечественники, люди всех
стран и континентов!
Через несколько минут могучий космический корабль унесет меня в
далекие просторы Вселенной. Что можно сказать Вам в эти последние минуты
перед стартом? Вся моя жизнь кажется мне сейчас одним прекрасным
мгновением. Все, что прожито, что сделано прежде, было прожито и сделано
ради этой минуты.
Сами понимаете, трудно разобраться в чувствах сейчас, когда очень
близко подошел час испытания, к которому мы готовились долго и страстно.
Вряд ли стоит говорить о тех чувствах, которые я испытал, когда мне
предложили совершить этот первый в истории полет. Радость? Нет, это была не
только радость. Гордость? Нет, это была не только гордость. Я испытал
большое счастье. Быть первым в космосе, вступить один на один в небывалый
поединок с природой – можно ли мечтать о большем? Но вслед за этим я
подумал о той колоссальной ответственности, которая легла на меня. Первым
совершить то, о чем мечтали поколения людей, первым проложить дорогу всему
человечеству в космос. Назовите мне большую по сложности задачу, чем та,
что выпала мне. Это ответственность не перед одним, не перед десятками
людей, не перед коллективом. Это ответственность перед всем советским
народом, перед всем человечеством, перед его настоящим и будущим. И если,
тем не менее, я решаюсь на этот полет, то только потому, что я коммунист,
что имею за спиной образцы беспримерного героизма моих соотечественников –
советских людей. Я знаю, что соберу всю свою волю для наилучшего выполнения
задания. Понимая ответственность задачи, я сделаю все, что в моих силах,
для выполнения задания Коммунистической партии и советского народа.
Счастлив ли я, отправляясь в космический полет? Конечно, счастлив. Ведь во
все времена и эпохи для людей было высшим счастьем участвовать в новых
открытиях. Мне хочется посвятить этот первый космический полет людям
коммунизма, общества, в которое уже вступает наш советский народ и в
которое, я уверен, вступят все люди на Земле.
Сейчас до старта остаются считанные минуты. Я говорю вам, дорогие
друзья, до свидания, как всегда говорят люди друг другу, отправляясь в
далекий путь. Как бы хотелось вас всех обнять, знакомых и незнакомых,
далеких и близких!
До скорой встречи!».
Гагарин вошел в лифт, и тот доставил его на площадку, расположенную у
люка корабля «Восток». Он поднял руку и еще раз попрощался.
Прозвучали заключительные предстартовые команды, и, наконец,
последняя: «Поехали!». Все на космодроме потонуло в грохоте ракетных
двигателей. Первый человек Земли стартовал в космос.
«Я услышал свист и все нарастающий гул, почувствовал, как гигантский
корабль задрожал всем своим корпусом и медленно, очень медленно оторвался
от стартового устройства, – так вспоминал о первых секундах своего полета
космонавт Юрий Гагарин. – Начали расти перегрузки. Я почувствовал, какая-то
непреоборимая сила все больше вдавливает меня в кресло. Секунды тянулись,
как минуты».
Взлетая, первый космонавт планеты докладывал на Землю: «Самочувствие
отличное. Несколько растет перегрузка, вибрация, все переношу нормально.
Настроение бодрое. В иллюминатор вижу Землю, различаю складки местности,
снег, лес»...
Наконец корабль вышел на орбиту. Наступила невесомость. «Сначала это
чувство было необычным, – вспоминал позднее Гагарин, – но я вскоре привык к
нему, освоился».
И вот он летит на корабле-спутнике, названном «Восток», в безмолвной
пустоте космоса. Он первый человек, который видит нашу планету со стороны,
в голубом ореоле атмосферы. Первым он может окинуть одним взглядом
континенты и моря. Теперь он точно знает, что принесет из космических далей
на Землю весть о том, что человек, может, и будет летать в космос. Он
доберется до других планет, разгадает загадки мироздания, подчинит силе
своего разума таинственные силы Вселенной.
Пока же наземные станции слежения, тревожась за пилота, спрашивают,
как проходит полет, как он себя чувствует. С космических высот долетает
голос первого космонавта:
«Самочувствие отличное. Слышу вас отлично. Полет проходит хорошо».
108 минут продолжался первый рейс человека в космос. Когда, облетев
планету, космонавт снова появился над территорией своей страны, с Земли
была подана команда на спуск.
«Корабль стал входить в плотные слои атмосферы, – рассказывал потом
Юрий Гагарин. – Его наружная оболочка быстро накалялась, и сквозь шторки,
прикрывающие иллюминаторы, я видел жутковатый багровый отсвет пламени,
бушующего вокруг корабля. Но в кабине было всего 20 градусов тепла. Было
ясно, что все системы сработали отлично и корабль точно идет в заданный
район приземления. От избытка счастья я громко запел любимую песню».
Родина слышит, Родина знает,
Где в облаках ее сын пролетает...
Совершив один оборот по орбите, корабль приземлился в 10 часов 55
минут в степи неподалеку от приволжского города Саратова. Пилот корабля
катапультировался за несколько минут до приземления спускаемого аппарата и
спустился на Землю на парашюте.
Когда подошвы тяжелых ботинок скафандра коснулись травы, Гагарин мягко
упал на правый бок и заученным движением погасил купол парашюта. Первым
Гагарина увидела пожилая крестьянка Анна Тахтарова и ее внучка Рита.
«Увидев меня в оранжевом скафандре и белом шлеме, свалившегося с неба, –
вспоминал Юрий Гагарин, – старушка закрестилась и даже хотела бежать.
Внучка же смело тянула ее ко мне. Я расцеловал их обеих...»*.
Теперь на месте приземления Юрия Гагарина в деревне Смеловка в
центральной России установлена стела, устремленная в небо ракетой, под
которой встал Гагарин. «Как живой», – сказала побывавшая здесь мать
космонавта Анна Гагарина. Весь какой-то легкий, непосредственный и веселый.
Прижав к груди левой рукой гермошлем, правой он приветствует Землю, ее
людей. Ликовал весь мир! «Гражданин Вселенной» – так назвали Гагарина люди
на всех континентах Земли. Поздно вечером в День космонавтики (официально
он был утвержден 10 апреля 1962 года) на площадях выступали известные
писатели и поэты. Все концерты и спектакли начинались с поздравления
зрителей с успешным завершением полета Гагарина…
А в следующие два дня на московских аэродромах приземлялись
специальные самолеты, которые доставляли делегации из различных стран мира
для встречи с первым космонавтом.
Полет Гагарина – прорыв СССР в космос. Бернар Ловелл, английский
космонавт, во время интервью с BBC сказал: «Я думаю, что это одно из
величайших достижений в истории человечества. И удивительно то, что этого
достигла нация, которая еще век назад была в основном неграмотной».
Реакция США
Данное поражение Америки в
освоении космоса должно быть
последним!
Телевизионный канал NBC
«Через телескоп «холодной войны» советское достижение может
рассматриваться только как победа для коммунизма и поражение для свободного
мира во главе со США» – мрачно писал журнал «Time».
Американские историки в книге об отце американской космической
программы немце Вернере фон Брауне (где до мельчайших подробностей описана
история освоения космоса) написали: «...Очень негативное событие произошло
вскоре: 12 апреля 1961 г. советский космонавт майор Юрий Алексеевич Гагарин
облетел Землю в капсуле «Восток», ... в то время как США остались сзади».
Конечно же, Америка свято была уверена в том, что за досадным
«недоразумением» со спутником последуют исключительно победы в космосе. США
стали форсировать программу полета первого человека. Американская пресса
подробно представляла кандидатов на этот полет, без сомнения заявляя:
«Среди них – первый человек, который преодолеет земное притяжение!». День
«М» (так окрестили дату этого исторического события – оно тогда еще
считалось в Америке историческим) был назначен на 28 апреля 1961 года.
И лишь журнал «Life» 3 марта сделал осторожное предположение, что
русские могут обогнать американцев и здесь. Мало того, там же был дан
прозорливый прогноз того, что люди полетят на Луну в начале 70-х, а русские
к 80-м создадут гигантскую орбитальную станцию. Но подобные прогнозы никто
всерьез не воспринимал...
12 апреля 1961 года весь мир искренне праздновал победу Человека. На
улицах Европы, Азии, Африки собирались стихийные митинги, люди танцевали,
пели. Буквально на следующий день повсюду появились самодельные скафандры.
И лишь в США праздником не пахло.
Американский сенатор Генри Джексон назвал те дни «неделей позора и
опасности». А сенатор Линдон Джонсон, будущий президент США, описал этот
день в своих воспоминаниях так: «Теперь вдруг небо выглядело почти чужим. Я
также помню глубокий шок от осознания того, что другая нация смогла достичь
технологического превосходства над этой великой нашей страной» С Вернером
фон Брауном после получения известия о запуске советского спутника случился
настоящий припадок. Ученый находился в тот момент в баре и, несмотря на
наличие большой аудитории, истошно вопил: «Я так и знал... Надо что-то
делать!». Присутствовавший при этом военный руководитель программы
спутников генерал Джон Медарис позже записал: «Мы все чувствовали себя
футболистами, вымаливающими позволения уйти со скамейки запасных».
Джон Ярдли, начальник отделе полётов в NASA, вспоминал 28 лет спустя:
«Юрий Гагарин меня очень сильно раздражал». Но эта новость о полете совсем
не удивила начальника оперативной группы NASA Гилруфа: «Мы знали, что СССР
занимается такими же разработками, как и мы, но наша разведка не имела
сведений об их успехах. Но я знал, потому что, когда я встретился с
некоторыми специалистами из СССР на международной конференции, они у меня
спросили: «Для какой вертикальной скорости при посадке вы ведёте
разработки?» В какой же степени полёт Гагарина отразил общий уровень
развития СССР в науке и технологии? Уолтер Липпман, известный журналист,
написал в своей статье: «Тот факт, что СССР обогнал нас, нельзя объяснить
случайным изобретением. В СССР должно быть большое количество учёных,
инженеров и рабочих, а также высокоразвитая промышленность, хорошо
управляемая и обильно финансируемая».
В Белом Доме о полёте Гагарина узнали сразу же. Руководителям NASA и
космонавтам сообщили об этом событии в 4 часа утра (по вашингтонскому
времени). Для Алана Шепарда, первого американского космонавта, эта новость
была крупным потрясением:
«…Среди ночи раздался звонок. Пробуждаясь от глубокого сна, Шепард не
сразу разобрал, что происходит. Он потянулся за телефонной трубкой.
– Что? – рявкнул он.
На другом конце трубки голос был мягким, вежливым:
– Командир Шепард?
– Да, это Шепард.
– Вы слышали новость?
Он внимательно прислушался. Ему не понравились эти слова.
–Какую новость? – спросил он.
– Русские отправили человека в космос.
Шепард моргнул. Он сел на кровать, потирая глаза:
– Они что сделали?
– Они отправили человека на орбиту.
Телефонная трубка чуть не выпала из его руки. Он сидел тихо несколько
секунд. Потом с недоверием в голосе сказал:
– Вы шутите?
Звонящий был инженером из NASA. Он хорошо знал Шепарда.
– Я бы такого никогда не сделал, командир, – сказал он, несколько
извиняясь за то, что преподнес такую шокирующую новость. – Они сделали это.
Они запустили человека на орбиту.
Шепард сумел овладеть собой. Он вежливо ответил, поблагодарил инженера
и повесил трубку. Одна и та же мысль крутилась у него в голове: «Я бы мог
быть там три недели назад…»
Он включил радио. Взволнованные голоса рассказывали о космическом
корабле «Восток» и о Юрии Гагарине. Алан позвонил другим членам команды
космического корабля «Меркурий». Они уже слышали эту новость и были очень
расстроены. Гонки за космос уже не было.
Ужасен был тот факт, что космонавты получили эту новость среди ночи по
телефону. Но ещё хуже было то, что США отстаёт от СССР, и то, что полковник
Джон Пауерс, пресс-секретарь программы «Меркурий», ни мог помолчать в тот
напряжённый момент.
Один журналист разбудил Пауерса и начал задавать вопросы. Сонный и
злой Джон прорычал в трубку: «Если вам нужно от нас чего-то, то ответ
таков: мы все спим!» И он бросил трубку. Для журналиста это была отличная
фраза, и на следующий день в заголовке утренней газеты было написано:
СССР ОТПРАВИЛ ЧЕЛОВЕКА В КОСМОС;
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ СКАЗАЛ: США СПЯТ
Руководители NASA собрали всех космонавтов до восхода солнца: «Нам
необходимо заявление для прессы».
Космонавты разрешили включить в заявление то, что они были расстроены.
Они настаивали, чтоб в заявлении было поздравление СССР с их необыкновенным
технологическим подвигом. Джон Гленн решил помочь. У него был план: быть
прямыми и правдивыми.
«Они обогнали нас, вот и всё, – сказал он прессе. – Не надо обманывать
себя в этом. Но сейчас началась эра космоса, и работы хватит всем».
Джон продолжал как умелый оратор, и пресса всё проглатывала. Его
искренность помогла убедить оставшихся сомневавшихся в том, что Джона Гленн
выбрали быть первым американцем в космосе.
Шарада продолжалась…»*
В конце концов, кто из американских космонавтов был первым, уже не
будет иметь особого значения. Когда первый человек полетит, спекуляция по
этому поводу прекратится. Но полетит ли он? Зная о полёте Гагарина и о
непревзойденной мощи ракетоносителей СССР, многие в Вашингтоне предлагали
отменить программу и не отправлять человека в космос. Чувство безнадежности
распространялось: теперь США не сможет догнать СССР, так зачем же тратить
время, усилия и деньги, чтобы стать вторыми?
В Белом Доме самого молодого президента США уже терзала мысль о
несомненном превосходстве СССР в ракетостроении. Сначала казалось, что он
смирился с тем, что космос принадлежал СССР. Джон Кеннеди даже сказал на
пресс конференции, что США не будут соревноваться с достижениями СССР, но
найдут другие сферы, в которых США будут первыми и которые принесут больше
пользы человечеству.
Но Кеннеди не мог смириться с таким положением дел. Несколько месяцев
тому назад он торжественно обещал повышать международный авторитет страны.
Во время своей предвыборной кампании, предметом спора кандидатов (Дж.
Кеннеди и Р. Никона) стал разрыв между США и СССР в области ракетостроения
и освоения космоса. Он красноречиво заявил, что Америка должна занять своё
место в космосе, так как «космос – это наша новая граница».
Он не мог позволить США просто отказаться от соревнования. Неважно,
что космос является новой границей СССР. США догнали СССР раз, догонят и
другой.
Кеннеди не получил поддержки от Джерома Уиснера, главного научного
советника. Уиснер хотел «распотрошить» всю космическую программу страны,
разрушить NASA и начать строительство заново на пустом месте. Он считал,
что необходимо заниматься аэронавтикой и уступить космос СССР. Он хотел,
чтоб Кеннеди подписал документ о завершение программы «Меркурий», так как
если программа окажется неудачной и погибнут люди, то вся вина падет на
президента. Уиснер предложил, чтобы США продвинулось вперед в науке, в
разработке средств передачи информации и военных спутников.
Кеннеди считал, что американская нация ещё не готова сдаться. Он
отказался подписывать документ о завершении космической программы. Кеннеди
вызвал к себе вице-президента Линдона Джонсона и назначил его председателем
Национального Космического Комитета (т.к. Джонсон был сторонником
космической программы). Затем президент вызвал Джеймса Вебба, известного
юриста из Северной Каролины. Вебб был знаком со многими ключевыми фигурами
в промышленности и в правительстве. В разговоре Кеннеди сразу же приступил
к делу: «Джим, я хочу, чтобы ты управлял NASA.»
Это были важные шаги для космической программы. Но только после полёта
Гагарина вокруг Земли Кеннеди начал целенаправленно развивать эту сферу.
До этого он был занят поднятием экономики, предотвращением
распространения коммунизма по всему миру, свержением Фиделя Кастро на
Кубе*.
Гагарин всё это изменил. Через два дня после того, как космонавт
завершил свой полёт, Кеннеди собрал в своём офисе Джонсона, Вебба и
Уиснера. Президент хотел знать, каким образом США сможет догнать СССР.
Джонсон и Вебб были единодушны: «Черт, почему только догнать их? Давайте
обгоним их».
С момента появления космической программы «Меркурий» ученые,
исследователи и пресса обсуждали возможность полёта человека на Луну. «А
как насчёт Луны? – спросил Кеннеди, – Сможем ли мы это сделать? Сможем ли
мы быть первыми на Луне? Узнайте и сообщите мне». Джонсон и Вебб как
фанатики заинтересовались этой идеей. Уиснер пробормотал, что всё
потерянно: космос принадлежит СССР, и США должны смириться с этим фактом.
Полет Гагарина вызвал в США серию событий, которые начали испытывать
новую администрацию. СССР стал первооткрывателем полета человека в космос
(причём успешного). Советский союз бросил Соединённым Штатам вызов: сможет
ли США догнать СССР?
По мнению американских специалистов, это будет соревнование между
черепахой и зайцем. Если одна страна оступится или споткнётся по пути, то
её противник воспользуется этим. Не было сомнений, что эта новая гонка за
космос будет отличным соревнованием, которое разыграется на международной
арене.
Кеннеди и Джонсон размышляли о будущем Америки в космосе, а тем
временем в Вашингтоне Уиснер и его приближённые пытались остановить
космическую программу. Полёт человека в космос был назначен на 2 мая.
25 апреля возобновились испытания. Ракетоноситель «Атлас», который
поднял капсулу «Меркурий» (без человека на борту), сошёл с назначенного
маршрута, взорвался и упал на землю огненным шаром. Три дня спустя ракета
«Маленький Джо», поднимающая очередную капсулу «Меркурий», во время
проверки системы выживания при чрезвычайной ситуации вышла из-под контроля,
и была уничтожена.
На следующий день во время встречи в Овальном кабинете Уиснер сообщил
президенту, что необходимо отложить первый полёт человека. Он посоветовал,
что, если Кеннеди настаивает на программе, полёт нужно провести в секретном
месте, тем самым избежать скандала, если полёт окончится неудачей.
Небольшой группе официальных лиц, присутствующих на встречи, было
интересно, каким образом NASA проведет полёт в космос так, чтобы никто об
этом не знал. Целый отряд журналистов уже направил свои камера на мыс
Каневерал и наблюдает с вертолетов и самолётов и, используя специальную
технологию, прослушивает NASA.
Кеннеди хотел превратить США в космическую державу. Он приказал не
совершать секретных полётов: всё должно было произойти на виду у
общественности.
Джонсон поддержал президента, сказав, что неудача ракет «Атлас» и
«Маленький Джо» не имела никакого отношения к надёжности ракеты «Редстоун»
и космического корабля «Меркурий».
Директор Космической Комиссии Уелш тоже был на стороне Кеннеди. Он
встал и перечислил все преимущества «Редстоун» и «Меркурий». «Полет
произойдет, – сказал Уелш, – Неудачи не будет. Возможность провала точно
такая же, как и наше столкновение из-за плохой погоды с самолётом, летящим
отсюда в Лос-Анджелес. Так зачем же откладывать успех?»
Кеннеди кивнул.
5 мая 1961 года Алан Шепард совершил прыжок в космос, поднявшись на
высоту 185 км. Он был запущен с мыса Канаверал в космическом корабле
«Меркурий-3» с помощью модифицированной баллистической ракеты «Редстоун».
Полёт длился 15мин. 22с. На 10-й минуте полёта наступила фаза быстрого
торможения, в результате чего космонавт испытал десятикратную перегрузку.
Посадка произошла в 480 км. от мыса Канаверал в Атлантическом океане.
Конечно, американские космонавты жалели об утраченной возможности быть
первыми в космосе. И если бы они знали об «обмане» СССР, то сразу же
обратились бы в прессу с резкой критикой. «Они были у нас в руках, и мы их
отпустили», – вспоминал Алан Шепард. Дело в том, что в то время ещё не было
известно о приземление Юрия Гагарина на парашюте. СССР сообщил, что полёт
прошел успешно, не упомянув о небольшой неполадке с космическим кораблем.
Причины так называемого «обмана» были политическими. Советский Союз хотел,
чтобы FAI* официально зарегистрировала установленные в полете рекорды**. А
по правилам FAI космонавт должен находится в космическом корабле во время
взлета и посадки, в противном случаи рекорды не засчитывались. Это был
совершенно не нужный обман, и СССР признал это несколько лет спустя. Но
Гагарин был первым, и больше ничего не имело значения. «Достижение
Советского Союза было велико», – признал американский космонавт Гленн.
Заключение
Со дня этого великого события пошло 43 года (после Гагарина в космос
летало 98 советских и российских космонавтов!) За это время многое
произошло в истории космонавтики. Резко изменились отношения между нашей
страной и США: закончилась гонка вооружений, политика конфронтации
сменилась сотрудничеством и взаимопомощью. Примером этому может служить
эксперимент «Союз»-«Апполон», программа Международных космических станций и
т.д.
Времена изменились, но пренебрежительное отношение американцев к
достижениям других стран, однако, не поменялось. Америка не может превзойти
«комплекс» превосходства своей нации над другими. Американцы уже
практически забыли о Гагарине. Они могут перечислить всех космонавтов,
побывавших на Луне и даже процитировать слова Армстронга о «гигантском шаге
для человечества», назвать, какой мусор оставили после себя американцы на
этом спутнике Земли. И многие уже уверовали, что именно это было началом
космической эры. С одной стороны, понятно стремление выдвинуть на первый
план своих. В России тоже утверждают, что радио изобрел Попов, а не какой-
нибудь Маркони. Но, с другой стороны, у нас никто не говорит, что авиация
началась не с братьев Райт, а с петли Нестерова. И ни у кого не повернется
язык заявить, что полет на Луну совершил русский космонавт!
Человеческая память коротка. Особенно она коротка у тех народов,
которые начинают искренне верить в свою избранность, в свое превосходство
над всеми и во всем. Вот, например, что написал читатель журнала «Life» М.
Биттерворт: «По моему мнению, русский раб на орбите не такое чудесное
зрелище, как свободный американец, гуляющий по улице». А некий Вик Каработт
после полета американца Шепарда в мае 1961 года вообще дописался: «Я
выдвигаю на звание «Человек года» командира Алана Шепарда, первого человека
в космосе! Как убежденный антикоммунист, я не верю, что коммунисты уже
послали человека в космос». К слову сказать, «Тайм» назвал человеком 1961
года своего президента Джона Кеннеди, сторонника осушения океанов. В самом
деле, куда там Гагарину!
Но имя Гагарина тоже уже не вычеркнуть.
Из всех отзывов американской прессы о полете 12 апреля 1961 года
наиболее справедлив отчет журнала «Time», сделанный по горячим следам, еще
без наплыва пропаганды и злости: «Человеческой цивилизации всего 7000 лет
от роду, и несчетное количество лет впереди. Но куда бы ни путешествовали
будущие искатели приключений, что бы они ни находили в черных, холодных
просторах космоса, они всегда будут помнить космический корабль «Восток» и
майора Юрия Алексеевича Гагарина».
Приложение
Хроника исторического полета
|3:00 |На стартовой площадке начались заключительные проверки космического |
| |корабля. Присутствовал Сергей Павлович Королев |
|5:30 |Подъем, завтрак и завтрак Юрия Гагарина и его дублера Германа Титова |
|6:00 |Началось заседание Государственной комиссии. После заседания было |
| |окончательно подписано полетное задание Космонавту-1. Когда Юрий был одет,|
| |работники космодрома попросили у него автографы. Юрий удивился – первый |
| |раз в жизни к нему обращались с такой просьбой. Через несколько минут |
| |специальный автобус голубого цвета уже ехал к стартовой площадке. |
|6:50 |После доклада о готовности председателю Государственной комиссии Юрий |
| |сделал заявление для печати и радио. Это заявление уместилось на |
| |нескольких десятках метров магнитофонной пленки. Спустя пять часов оно |
| |стало сенсацией. Находясь на железной площадке перед входом в кабину, |
| |Гагарин приветственно поднял обе руки – прощание с теми, кто оставался на |
| |Земле. Потом скрылся в кабине. |
|7:10 |Голос Гагарина появился в эфире. |
|8:10 |Объявлена 50-минутная готовность. Была устранена единственная |
| |неисправность. Она обнаружилась при закрытии люка №1. Его быстро открыли и|
| |все поправили. |
|8:30 |30-минутная готовность. Титову объявлено, что он может снять скафандр и |
| |ехать на пункт наблюдения, где уже собрались все специалисты. Фамилия |
| |человека, который первым покинет планету, теперь известна окончательно – |
| |ГАГАРИН. |
|8:50 |Объявлена десятиминутная готовность. Проверка всех основных систем и |
| |герметизации. |
|9:06 |Минутная готовность. Гагарин занял исходное положение. |
|9:07 |Дается зажигание. Старт корабля «Восток», в эфире слышно знаменитое |
| |«Поехали!..» |
|9:09 |Отделение первой ступени. Гагарин должен услышать, как отделилась эта |
| |ступень, и почувствовать, что вибрация резко уменьшилась. Ускорение |
| |возрастает, так же как и перегрузки. На пункте наблюдения ждут доклада |
| |Гагарина. |
|9:11 |Выход Гагарина на связь, сброс головного обтекателя. |
|9:22 |Радиосигналы советского космического корабля запеленговали наблюдатели с |
| |американской радарной станции Шамия, расположенной на Алеутских островах. |
| |Пятью минутами позже в Пентагон ушла шифровка. Ночной дежурный, приняв ее,|
| |тотчас же позвонил домой доктору Джерому Уиснеру – Главному научному |
| |советнику президента Кеннеди. Заспанный доктор Уиснер взглянул на часы. |
| |Было 1 час 30 минут по вашингтонскому времени. С момента старта «Восток» |
| |прошло 23 минуты. Предстоял доклад президенту – русские опередили |
| |американцев. |
|9:57 |Юрий Гагарин передал, что пролетает над Америкой. Официальное сообщение о |
| |запуске в космос человека, подписание приказа о присвоении Юрию |
| |Алексеевичу Гагарину звания майора. |
|10:13 |Телетайпы закончили передачу первого сообщения ТАСС. Сотни корреспондентов|
| |малых и больших стран штурмом брали здание Телеграфного агентства. Юрий |
| |Гагарин стал близким для всех народов земного шара. Но больше всего |
| |волновалась и переживала за него, конечно же, Родина. |
|10:25 |Включение тормозная двигательная установка, и корабль пошел на спуск. |
| |Посадка – самый ответственный этап космического полета: ошибка на метр в |
| |секунду при скорости 8000 метров в секунду отклоняет точку приземления уже|
| |на целых 50 километров.. |
|10:35 |Отделение приборного отсека. Продолжение спуска. |
|10:46 |Вход в плотные слои атмосферы, потеря связи. |
|10:55 |Обгоревший железный шар стукнулся о вспаханную почву – поле колхоза |
| |«Ленинский путь», юго-западнее города Энгельса, неподалеку от деревни |
| |Смеловка. Неподалеку на парашюте опустился Юрий Гагарин. |
Библиография
> Alan Shepard, Duke Slayton, «Moon shot», Atlanta, Turner Publishing,
1994г.
> Bruce Murray, «Journey into space», New York, W. W. Norton & Company
Inc., 1989г.
> James Schefier, «The race», New York, Random House Inc., 1999г.
> Michael Collins, «Lift off», New York, Grove Press, 1988г.
> Wernher von Braun, «Space travel», New York, Harper & Row Publishers,
1985г.
> А.А. Левандовский, Н.А. Щетинов, «Россия в XX веке», Москва,
Просвещение, 2000г.
> В.И. Моронов, В.А. Фёдоров, Н.А. Щетинов, «История России», Москва,
Высшая школа, 2003г.
> С.И. Селешников, «Астрономия и космонавтика», Киев, Харьковская
книжная фабрика им. Фрунзе, 1967г.
> В. Корнилов, статья «Комплекс полноценности Америки», выпуск №35,
http://www.communist.ru, 2002г.
> Энциклопедия «Кругосвет», 2000г.
* NASA – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического
пространства.
* «Восток» После запуска первого спутника Советский Союз начал
разрабатывать программу пилотируемых космических полетов. Советское
правительство давало скупую информацию о планируемых полетах.
** «Меркурий» В августе 1958 президент Д.Эйзенхауэр возложил
ответственность за осуществление пилотируемого полета на только что
образованное NASA, которое в качестве первой программы выбрало проект
«Меркурий» – баллистическую капсулу.
* см. «Приложение».
* перевод воспоминаний Алана Шепарда из книги «Moon shot».
* США готовили вторжение на Кубу.
* FAI – Международная авиационная федерация.
** Рекорды, установленные в полете:
> Протяженность маршрута: 40868,6 км
> Максимальная скорость полета: 28260 км/час
> Максимальная высота полета: 327 км
Реферат на тему: Полные лекции по аэродинамике и динамике полета. Часть 1
ВВЕДЕНИЕ
Теория полета (аэродинамика и динамика полета) ( наука фундаментальная и
строгая, опирающаяся на математический аппарат. Но, как и о всякой науке, о
ней можно говорить на кухне, опираясь лишь на интеллект соответствующего
уровня. К сожалению, и сегодня появляются "ученые", пытающиеся на кухонном
уровне объяснить основные законы природы, в том числе и аэродинамики и
динамики полета. Но когда с помощью этих объяснений пытались решить
серьезные задачи в авиации, это приводило и приводит к плачевным
результатам: после отрыва от Земли первые самолеты "вдруг" круто пикировали
в Землю; при большой скорости на самолетах с первыми турбореактивными
двигателями (ТРД) "вдруг" появлялась тряска и самолет рассыпался;
преодоление звукового барьера долго не давалось; перегруженные самолеты не
могут завершить взлет и т.п.
Поэтому мы с Вами будем изучать науку на уровне высшего образования. А
для этого придется хорошо вспомнить математику, теоретическую механику и
математическое моделирование.
Человек очень давно хотел летать, как птица ( пытался это делать, но
безуспешно. И только Ньютон смог четко выделить факторы, определяющие
возможность полета тела, тяжелее воздуха.
Давайте повторим эти рассуждения Ньютона. С одной стороны, птицы тяжелее
воздуха, но летают! С другой стороны, по своему опыту мы знаем, что
шарообразное тяжелое тело без посторонних внешних сил подняться в воздух не
может. А почему простейшая модель птицы ( воздушный змей взмывает в воздух?
Для того чтобы змей полетел, необходимо наличие следующих факторов:
плотность среды (на Луне змей не полетит), скорость (ветра или бегуна) и
специальная геометрия тела (угол атаки, создаваемый специально подобранными
веревочками). Эти феноменологические рассуждения необходимо облечь в форму
строгой теории (модели), с помощью которой можно было бы проводить расчет
полета любого летательного аппарата (ЛА) в любых условиях. Ведь при
создании Ил-96 никто не прыгал с прототипом его крыла с колокольни, чтобы
убедиться в возможности полета!
1. КИНЕМАТИКА СПЛОШНОЙ СРЕДЫ
1.1. Основные гипотезы механики сплошной среды
Прежде всего, займемся изучением среды. Для ее описания необходимы полные
и непротиворечивые модели движения газообразных, жидких и твердых
деформируемых тел, основанные на методах теоретической механики и некоторых
дополнительных гипотезах. Согласованная система таких моделей носит
название механики сплошной среды.
Все тела состоят из множества отдельных элементарных частиц,
взаимодействующих сложным образом в электромагнитном и гравитационном
полях. Существуют предположения и о других, пока неизвестных полях. Поэтому
изучение материальных тел как совокупности элементарных частиц требует
введения дополнительных гипотез об их свойствах и взаимодействиях. Кроме
того, для решения уравнений динамики необходимо знать начальные условия,
т.е. координаты и скорости всех частиц, что принципиально невозможно.
Однако для решения практических задач совсем не обязательно знать движение
каждой частицы ( достаточно определить некоторые осредненные
характеристики. Такой научный подход применяется на основе вероятностного
описания и использования законов распределения и называется статистическим.
Механика сплошной среды использует другой подход ( феноменологический,
основанный на эмпирических гипотезах, подтвержденных человеческим опытом
[1].
1) Гипотеза сплошности, предложенная Бернулли, постулирует тело как
непрерывную среду, заполняющую некоторый объем, и необходима для применения
математического аппарата дифференциального и интегрального исчисления.
2) Гипотезу непрерывности метрического пространства, тесно связанную с
предыдущей, вводят для определения координат и расстояний.
3) Следующая гипотеза предполагает возможность введения единой для всех
точек пространства декартовой системы координат. Напомним, что в декартовой
системе координат каждая точка пространства имеет свои действительные
координаты. Эта гипотеза позволяет применять аппарат аналитической
геометрии.
4) В механике сплошной среды постулируется абсолютность времени для всех
систем отсчета, т.е. не учитываются эффекты теории относительности.
Эти гипотезы естественны с точки зрения человеческого опыта и вполне
оправданы при исследовании явлений, происходящих в не слишком больших и не
слишком малых объемах с небольшими скоростями ( в макромире. Исходя из них,
строятся все последующие положения и выводы теории.
1.2. Термины механики сплошной среды
Скорость будем рассматривать как поле вектора в каждой точке
пространства, задаваемой радиус-вектором [pic] этой точки с координатами x,
y, z, в каждый момент времени t:
[pic] (1.1)
или по координатам:
[pic] (1.2)
Очевидный смысл этих уравнений заключается в том, что скорость
определяется, как производная по времени от функции местоположения частицы
cреды [pic](x,y,z,t).
Уравнения (1.1) или (1.2), задающие положение [pic](x,y,z,t) частицы в
пространстве в каждый момент времени как решение дифференциального
уравнения, можно рассматривать как траекторию ее движения.
Если поле вектора скорости сплошной среды [pic] не зависит от времени в
каждой точке пространства, то движение называется стационарным или
установившимся. В общем случае [pic] и движение называется нестационарным
или неустановившимся.
Линиями тока в механике сплошной среды называются линии, которые в каждый
фиксированный момент времени имеют в каждой своей точке касательные,
совпадающие с вектором скорости. Таким образом, частицы среды, попавшие на
линию тока, не имеют составляющей скорости поперек нее и не могут ее
пересечь. Линии тока необходимы для получения в теории математически
строгих выводов. На практике линии тока в прозрачной жидкости с взвешенными
частицами нерастворимой краски можно зафиксировать фотографированием с
маленькой выдержкой ( короткие следы этих частиц, сливаясь, вырисовывают
линии тока. Уравнение линии тока в момент времени t запишется в терминах
аналитической геометрии, как условие коллинеарности векторов:
[pic]. (1.3)
Таким образом, картина линий тока в нестационарном движении все время
меняется. При установившемся движении отсутствие в уравнении (1.3) времени
t приводит к совпадению линий тока с траекториями частиц.
Трубчатая поверхность, образованная линиями тока, проходящими через
некоторую замкнутую кривую, называется трубкой тока. Частицы сплошной среды
не пересекают стенок трубки тока, не имея нормальных к ним составляющих
скорости.
Если компоненты вектора скорости не обращаются в нуль и вместе со своими
первыми производными однозначны и не имеют разрывов, то решение уравнения
(1.3) существует и единственно. В противоположном случае существование или
единственность может нарушаться, т.е. в некоторых точках пространства линии
тока могут ветвиться или вырождаться в точку. Такие точки называются
особыми или критическими.
Напомним некоторые математические термины [4] применительно к скорости,
заданной в пространстве ( полю скоростей.
Вектором [pic] будем обозначать поверхность с указанным направлением
нормали [pic], выражающимся через единичные векторы осей координат: [pic],
а скаляром S ( только площадь этой поверхности.
Потоком скорости через поверхность [pic] с заданным вектором нормали
[pic] называется поверхностный интеграл
[pic] (1.4)
где Vn обозначает проекцию скорости на единичный вектор нормали [pic] к
поверхности [pic].
Градиентом называется векторная функция скаляра:
[pic]. (1.5)
Ротор скорости (вихрь) определяется формулой:
[pic], (1.6)
а дивергенция скорости:
[pic]. (1.7)
Циркуляцией скорости по замкнутому контуру L с определенным направлением
обхода называется криволинейный интеграл:
[pic]. (1.8)
Известные теоремы векторных полей [4] применимы и к полю скоростей.
Теорема Стокса:
[pic] (1.9)
справедлива при ориентации обхода контура L и нормали к натянутой на него
поверхности [pic] по правилу правого винта, а теорема Остроградского-
Гаусса:
[pic] (1.10)
при условии, что замкнутая поверхность [pic] ограничивает объем W.
Полную производную по времени от скаляра A([pic],t) можно определить по
известной [4] формуле:
[pic] (1.11)
Производную [pic] от интеграла по произвольному подвижному объему W, где
от t зависит не только подынтегральная функция, но и объем, вычислим с
помощью определения производной:
[pic]
В последнем пределе W'(W образуется сдвигом элементарных площадок dS
поверхности S, ограничивающей W, на расстояние VndS. Кроме того, при (t (
0: f([pic],t+(t) ( f([pic],t) и деформированная поверхность S( ( S, поэтому
предел принимает значение [pic] (сравните с (1.4)) или [pic] по теореме
Остроградского-Гаусса (1.10). Откуда в силу уравнения (1.11):
[pic] (1.12)
Вектор [pic][pic] ( 0 тоже можно рассматривать, как поле вектора ротора
скорости [pic][pic]([pic],t) ( вихревое поле. Непосредственной проверкой
легко убедиться, что всегда div[pic][pic] = 0. Отсюда по теореме
Остроградского-Гаусса следует, что поток ротора скорости сквозь любую
замкнутую поверхность равен нулю:
[pic]. (1.13)
В вихревом поле по аналогии с полем скоростей выделяют вихревую линию:
[pic] (1.14)
и вихревую трубку. Так как через боковую поверхность вихревой трубки по
определению нет потока ротора скорости, то из (1.13) вытекает постоянство
такого потока через любое ее поперечное сечение (первая кинематическая
теорема Гельмгольца о вихрях). Эта величина называется интенсивностью
вихревой трубки. Согласно теореме Стокса (1.9) она равна циркуляции
скорости по контуру, образующему вихревую трубку:
[pic]. (1.15)
1.3. Уравнение неразрывности
Как известно, плотность вещества в физике вводится предельным переходом:
[pic], где в механике сплошной среды следует понимать под (m массу
вещества, заключенную в объеме (W. Посмотрим, как будет выглядеть закон
сохранения массы [pic] для произвольного подвижного объема сплошной среды,
для которого [pic]. Из (1.12) тогда следует:
[pic],
или в силу произвольности объема W:
[pic]. (1.16)
Это уравнение носит название уравнения неразрывности (непрерывности).
Рассмотрим частные случаи уравнения неразрывности. Для стационарного
(установившегося) движения сплошной среды из (1.16) с учетом (1.7) следует:
[pic], (1.17)
а если, кроме того, среда несжимаемая ([pic], в том числе и неоднородная),
то:
[pic]. (1.18)
Т.е. по теореме Остроградского-Гаусса (1.10) установившийся поток
скорости несжимаемой среды (1.4) сквозь любую замкнутую поверхность равен
нулю. Так как через боковую поверхность трубки тока по определению нет
потока скорости, то поток через любое ее поперечное сечение одинаков:
[pic] (1.19)
и численно равен объемному расходу сплошной среды. Отсюда можно сделать
вывод: внутри объема несжимаемой сплошной среды трубки тока (а также линии
тока) не могут ни начинаться, ни заканчиваться.
1.4. Безвихревое и вихревое движение
Движение сплошной среды в некоторой области называется безвихревым, если
в ней [pic][pic] = 0, и вихревым, если [pic][pic] ( 0 хотя бы в части этой
области, называемой вихрем.
[pic]
Из определения [pic][pic] (1.6) следует, что вихревое движение
характеризуется наличием вращения каждой частицы. Этот факт иллюстрируется
рис. 1, на котором крайние точки бесконечно малой частицы среды имеют
разные скорости в силу наличия ненулевой величины [pic]. Если центр этой
частицы покоится, а все другие частные производные скорости равны нулю, то
очевидно, что [pic][pic] ( 0 характеризует именно вращение бесконечно малой
частицы среды. В безвихревом движении такого вращения нет и каждая частица
среды совершает лишь поступательное движение. Вообще говоря, вихревое
движение возникает в реальной природе, благодаря наличию границ (свободной
поверхности, твердых стенок или твердых тел), а также явлению вязкости.
Примерами безвихревого движения могут служить:
— состояние покоя среды,
— поступательное движение,
— источник и сток (когда частицы среды выходят из точки или входят в нее
строго по лучам),
— движение среды вокруг некоторого кругового цилиндра по концентрическим
окружностям со скоростью, обратно пропорциональной расстоянию от оси
цилиндра.
Примерами вихревого движения могут служить:
— плоский сдвиг (когда скорость частиц вдоль некоторой плоскости
пропорциональна расстоянию от этой плоскости),
— вращение среды вокруг некоторой оси, как твердого тела (в отличие от
потенциального движения аналогичной геометрии в этом случае скорость с
удалением от оси линейно возрастает!).
2. ДИНАМИКА СПЛОШНОЙ СРЕДЫ
2.1. Силы и моменты в механике сплошной среды
Силы, распределенные по объему W, называются объемными или массовыми. Они
обозначаются [pic] и относятся к элементу массы (m = ((W. Т.е. сила,
действующая на элемент массы, равна [pic](m = [pic]((W, следовательно,
размерность [pic] совпадает с размерностью ускорения. Примерами массовых
сил могут служить гравитационные, электромагнитные, инерционные.
Силы, распределенные по поверхности S, называются поверхностными.
Поверхностные силы будем обозначать вектором [pic] и относить к элементу
поверхности (S сплошной среды. Т.е. [pic] имеет размерность давления. Такие
силы возникают, например, на свободной поверхности среды, при
взаимодействии среды с твердыми телами, а также внутри среды (внутренние
поверхностные силы).
Внутренние поверхностные силы необходимо рассматривать при изучении
движения отдельных частиц среды с учетом их механического влияния друг на
друга. Так, например, происходит при относительном движении двух соседних
соприкасающихся частиц. Это явление может наблюдаться в любом месте
сплошной среды, причем для бесконечно малых частиц поверхности
соприкосновения dS можно построить любым образом. Тогда и [pic], зависящее
от такого выбора, можно определить по-разному в зависимости от dS, т.е.
ориентации нормали этой площадки, поэтому такое взаимодействие обозначим
вектором [pic]S. В силу третьего закона Ньютона на одну из пары
соприкасающихся частиц действует сила [pic]SdS, на другую ([pic]SdS. Однако
если соприкосновения нет, т.е. если движение имеет разрыв каких-то своих
характеристик, то последнее условие может нарушаться.
[pic]
Вектор [pic]S в общем случае не перпендикулярен к dS, поэтому различают
нормальную составляющую pSn, называемую нормальным напряжением или
нормальным давлением, и тангенциальную pS(, называемую касательным
напряжением или внутренним трением: [pic]SdS = pSn[pic]dS + pS(( dS.
Свойство вектора [pic]S рассмотрим с помощью представления бесконечно
малой частицы в виде тетраэдра с ребрами, параллельными осям координат
(рис. 2). Площади граней такого тетраэдра равны S, S(cos([pic],x),
S(cos([pic],y), S(cos([pic],z).
Массовые силы будем считать постоянными во всем объеме W = hS/3
бесконечно малой частицы, а поверхностные силы [pic]1, [pic]2, [pic]3,
[pic]S постоянными на своих гранях. Это позволит применить к частице начало
Даламбера из теоретической механики:
[pic]
откуда, сократив на S, и перейдя к пределу при h ( 0, получаем инвариантное
к выбору площадки равенство:
[pic]. (2.1)
Это означает, что существует некоторый объект P, компонентами
которого можно рассматривать векторы [pic], или даже элементы матрицы (pij)
( матрицы из компонент векторов [pic]. Объект P с компонентами pij
называется тензором внутренних напряжений.
Равенство (2.1) позволяет применить теорему Остроградского-Гаусса (1.10)
к расчету поверхностных сил:
[pic] (2.2)
Кроме сил на каждую частицу жидкости могут действовать и моменты.
Примером может служить момент магнитного поля Земли, действующий на каждый
элемент стрелки компаса. Такой момент, который действует на элемент массы
(m, будем обозначать [pic]. Его принято называть массовой парой (массовым
моментом). Размерность [pic] совпадает с размерностью квадрата скорости.
Момент, который действует на элемент поверхности (S, будем обозначать
[pic]. Он называется поверхностной парой (поверхностным моментом) и имеет
размерность силы, деленной на длину.
2.2. Уравнения движения сплошной среды
В теоретической механике известно уравнение количества движения
материальной точки:
[pic],
где в правой части равенства стоит сумма всех действующих на нее сил.
Обобщим это уравнение на конечный объем сплошной среды, состоящей из
частиц, как системы материальных точек, подверженных действию рассмотренных
в разделе 2.1 объемных и поверхностных сил:
[pic]. (2.3)
Уравнени | |
