Группа 1-5 физика

Урок № 152-153______

Предмет: ОУД 08 Физика

Дата проведения: 23.03.2020 год. Преподаватель: Алхуватова Л.И.

Группа № 1-5

Тема урока: Реактивное движение

Цель: Рассмотреть практическое применение закона сохранения импульса на примере ракеты .

Вид урока: Комбинированный урок

Оснащение урока: ПК, проектор.

Литература: А.В. Фирсов: Физика.Учебник для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей.Москва, 2018г, издательский центр «Академия»

1Одним из замечательных случаев применения закона сохранения импульса является реактивное движение, т.е. движение тела, возникающее при отделении от него с какой – либо скоростью некоторой его части.

Рассмотрим теорию реактивного движения на примере ракеты.

Современная космическая ракета представляет собой очень сложный летательный аппарат, имеющий огромную массу и состоящий из сотен тысяч и миллионов деталей. Однако с точки зрения механики разгона ракеты до необходимой скорости всю начальную массу ракеты можно разделить на 2 части:

1 масса рабочего тела, т.е. раскалённых газов, образующихся в результате сгорания топлива и выбрасываемых в виде реактивной струи.

2 сухая масса (конечная масса) т.е. масса ракеты, остающаяся после выброса из ракеты рабочего тела.

Сухая масса ракеты состоит из:

- конструкции (оболочка, двигатели, сист.управления)

- полезной нагрузки (экипаж, науч.аппаратура, система жизнеобеспечения корабля)

По мере истечения рабочего тела освободившиеся баки, лишние части оболочки и.т. начинают обременять ракету ненужным грузом, затрудняя ее разгон. Поэтому для достижения космических скоростей применяют составные или многоступенчатые ракеты. Сначала в таких ракетах работает лишь первая ступень. Когда запасы топлива в ней кончаются, она отделяется и включается вторая ступень; затем то же самое происходит со второй ступенью и т.д.

В процессе работы ракетного двигателя(на химическом топливе) происходят следующие превращения энергии: сначала химическая энергия сгорающего топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, а затем тепловая энергия образовавшихся горячих газов превращается в кинетическую энергию движения реактивной струи.

Когда реактивная струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону.

2 Получим формулу скорости ракеты, воспользовавшись законом сохранения импульса. В начальный момент времени, пока ракета покоится, ее полный импульс равен нулю: Р=0,

Когда ракета приходит в движение, из нее со скоростью выбрасывается реактивная струя и импульс ракеты станет равным

Р₁=m_гv_г+mv, по закону сохранения импульса Р=Р₁, и, следовательно,

m_гv_г+mv=0, m_гv_г=-mv,

v=-m_г/mv_г

- если, скорость газов не равна нулю, то скорость ракеты не равна нулю;

- скорость ракеты противоположна скорости истечения газов;

- скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов;

- скорость, развиваемая ракетой, растет с увеличением отношения массы рабочего тела к конечной массе ракеты.

В современных ракетах на химическом топливе скорость газовой струи не превышает 4км/с. У ракет с ядерным двигателем она в несколько раз больше. Имея достигаемые при этом скорости, космические корабли могут с успехом осваивать Солнечную систему. Однако для межзвездных полетов нужны значительно большие скорости, сравнимые уже со скоростью света. Но таких скоростей мы достигать пока не умеем.

Основоположником современной космонавтики является русский ученый К.Э. Циалковский (1857-1935). Он разработал теорию многоступенчатых ракет. Идеи Циалковского были осуществлены советскими учеными и техниками под руководством замечательного ученого, конструктора ракетно-космических систем С.П. Королева (1906-1966). 12 апреля 1961г на орбиту был выведен космический корабль «Восток», на котором находился первый в истории человечества космонавт- Ю.А.Гагарин(1934-1968)

Закрепление:

1 Что называют импульсом тела, импульсом силы?

2 В чем заключается закон сохранения импульса?

3Что называют реактивным движение? Примеры

4 Кому принадлежит идея многоступенчатой ракеты?

5 Кто впервые в мире полетел в космос?

Урок № 154-156______

Предмет: ОУД 08 Физика

Дата проведения: 25.03.2020 год. Преподаватель: Алхуватова Л.И.

Группа № 1-5

Тема урока:Работа силы трения. Мощность. Превращение энергии и использование машин

Цель: Ввести понятие работы сил трения, мощности, ввести формулы работы и мощности

Вид урока: Комбинированный урок

Оснащение урока: ПК, проектор.

Литература: А.В. Фирсов: Физика.Учебник для профессий и специальностей технического и естественно-научного профилей.Москва, 2018г, издательский центр «Академия»

1 Работа сил трения

В земных условиях сила трения в той или иной мере проявляется при всех движениях тела. Эта сила возникает лишь при относительном движении соприкасающихся друг с другом тел и направлена противоположно скорости тела. Именно этим она отличается от других сил.

Если толкнуть тело, которое лежит на горизонтальной поверхности, то оно будет двигаться против силы трения. Кинетическая энергия при этом уменьшается (см. Рис. 3). Пройдя какое-то расстояние, тело остановится и обратно двигаться не будет. Следовательно, кинетическая энергия, уменьшаясь, в потенциальную не переходит.

Рис. 3. Движение тела, под действием силы трения

Можно сделать вывод: если тело движется под действием силы трения, даже в присутствии других сил, то закон сохранения полной механической энергии не выполняется. Полная механическая энергия уменьшается вместе с кинетической энергией.

Рассмотрим пример с падением тела (см. Рис. 4). Учтём, что тело падает не в пустоте, а в воздухе. При этом потенциальная энергия также уменьшается на mgh, как при падении в вакууме, но скорость тела при достижении земли будет меньше той скорости, которое приобрело бы тело в случае отсутствия воздуха, следовательно, меньше будет и кинетическая энергия тела. Таким образом, увеличение кинетической энергии не будет равно уменьшению потенциальной. Уменьшение полной механической энергии произошло из-за работы силы сопротивления, а сила сопротивления во многом аналогична силе трения.

Рис. 4. Падение тела в воздухе и вакууме

2 Мощность

Мощность - физическая величина, характеризующая скорость совершения работы и численно равная отношению работы к интервалу времени, за который эта работа совершена.

Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени.

Единицы мощности

В международной системе единиц (СИ):

Мощность равна одному ватту, если за 1 с совершается работа 1 Дж.

1 л.с. (лошадиная сила) ≈ 735 Вт

3 ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАШИН

Вот уже около двухсот лет прошло с тех пор, как началось широкое использование человеком всевозможных машин. Эти машины приводятся в движение двигателями, которые в свою очередь получают энергию от того или иного источника.

С механической точки зрения использование машин сводится к тому, что с их помощью какие-то силы совершают работу. Но совершить работу — значит затратить энергию, по крайней мере равную этой работе. В наше время главные виды энергии, за счет которых совершается работа, — это энергия, освобождающаяся при сгорании топлива (угля, нефти, газа), энергия падающей воды и так называемая ядерная энергия, выделяющаяся в ядерных реакторах. Ни один из этих видов энергии не подается непосредственно к машинам.

На пути к машинам, в которых совершается работа, энергия претерпевает ряд превращений из одной формы в другую. Так, например, энергия взаимодействия частиц горючего и кислорода (потенциальная энергия) сначала преобразуется во внутреннюю энергию тех частиц, которые образуются при сгорании. Затем эта энергия в виде тепла передается водяному пару, а от него к паровой турбине, приводящей в движение электрический генератор. В нем механическая энергия вращения преобразуется в энергию электрического тока. Так работает тепловая электростанция. От генератора электростанции энергия передается по проводам к электрическим двигателям, установленным на бесчисленных станках и других устройствах. В двигателях энергия снова преобразуется в механическую энергию и с помощью различных передаточных механизмов, например рычагов, наклонных плоскостей, винтов, блоков, подается к станкам и другим машинам.

Мы привели здесь цепь превращений, которые испытывает энергия «по дороге» от топки тепловой электростанции к машине. К этому следует добавить, что само топливо появилось на Земле в результате сложной цепи превращений энергии, цепи, начало которой находится на Солнце — источнике жизни на нашей планете.

Рис. 204

Для нас здесь важно то, что все эти превращения (мы перечислили далеко не все) подчиняются закону сохранения энергии, из которого следует, что при любых превращениях нельзя получить энергии одного вида больше, чем затрачено энергии другого вида. Ни в одном двигателе нельзя получить больше механической энергии, чем затрачено электрической или тепловой. Ни один двигатель не может произвести больше работы, чем затрачено энергии.

Наоборот, в реальных двигателях часть энергии неизбежно теряется из-за сил трения. Теряется в том смысле, что часть энергии из-за работы сил трения преобразуется во внутреннюю энергию и приводит к нагреванию двигателя. Точно так же и работа, совершенная машиной, всегда несколько меньше затраченной энергии.

Обо всем этом стало известно только тогда, когда в середине XIX в. был открыт закон сохранения энергии, До этого времени в течение столетий упорно делались попытки создать такую машину, которая могла бы совершить больше работы, чем тратится энергии. Она даже заранее получила название «вечного двигателя» (perpetuummobile). Но такая машина никогда не была создана, и она не может быть создана.

На рисунке 204 показана схема одного из бесчисленных проектов «вечного двигателя». Он состоит из двух колес (шкивов), помещенных в верхней и нижней частях башни, наполненной водой. Через шкивы переброшен бесконечный канат с прикрепленными к нему через некоторые интервалы полыми легкими ящиками. Из рисунка видно, что в каждый момент времени часть ящиков погружена в воду, в то время как другая часть находится в воздухе. Автор проекта уверял, что правые (по рисунку) ящики, всплывая под действием архимедовой силы, заставят вращаться колеса. На смену всплывающим ящикам в воду будут входить другие, поддерживая «вечное» движение. Вращающиеся колеса могли бы приводить в движение электрические генераторы, давая таким образом «бесплатную» энергию в неограниченном количестве, поскольку устройство действует «вечно».

В действительности, однако, в проекте есть ошибки и такой двигатель работать не может. Ведь если одни ящики всплывают, то другие, наоборот, входят в воду. И эти входящие в воду ящики должны двигаться против архимедовой силы. К тому же входят они в воду внизу, где на них действует давление всего столба воды. А сила этого давления всегда больше, чем подъемная сила Архимеда.

Подобные ошибки можно найти в любом проекте «вечного двигателя». Попытки создать такое устрвйство обречены на неудачу,

потому что закон сохранения энергии «запрещает» получение работы в количестве, большем затраченной энергии.

Интересно отметить, что и в наше время не перевелись «изобретатели», которые не оставляют бесплодных попыток создать вечный двигатель.

Задача техники не в том, чтобы пытаться обойти закон сохранения энергии, а в том, чтобы уменьшить потери энергии в машинах, двигателях, генераторах.

Закрепление:

1 Когда возникают силы трения в земных условиях?

2 Как происходит преобразование энергии при свободном падении тел?

3 Что называют мощностью? Формула мощности

4 Какова единица измерения мощности?

5 Как давно человечество использует машины?

6 Чем приводится в действие всякая машина?