Проектная работа «Исследование теоретических особенностей реактивного движения и его законов».

Слайд

Раздел: Физика

Учебный год: 2015/2016

Автор: Хаймин Илья-учащийся10 кл.

Руководитель: Малиновкина Елена Борисовна

Слайд

Проектная работа

«Исследование теоретических особенностей реактивного движения и его законов».

Слайд

Проблема нашего исследования видится в необходимости повторения законов реактивного движения, подготовке к решению задач ЕГЭ по физике.

Слайд

Задачи работы:

1. Изучение литературы по данной проблеме.

2. Применение теоретических знаний на практике.

Объект исследования: реактивное движение.

Предмет исследования: использование законов реактивного движения в современной технике.

Методы работы: изучение литературы, наблюдения, сравнение, анализ.

База исследования: школа, музей братьев Уткиных

СЛАЙД

Актуальность: С реактивным движением человечество столкнулось еще за несколько столетий до нашей эры. Именно тогда, в Китае, во времена династии Хань, когда люди научились изготавливать порох, человечество и использовало реактивное движение.

Позже простейшие ракетные двигатели брали на вооружение многие страны мира.

СЛАЙД

В 1903 Константин Эдуардович Циолковский спроектировал первую ракету для межпланетных сообщений.

Реактивные двигатели обеспечивают движение со сверхзвуковой скоростью, возможности исследования космического пространства. На данном этапе развития общества реактивный двигатель – единственный способ преодолеть земное притяжение и подняться на орбиту или даже вылететь с нее.

СЛАЙД

Один из видов реактивного двигателя - ракетный . Его достоинство –не обязательное наличие внешней среды. Он может работать в абсолютном вакууме.

Однако, ракетные двигатели имеют ряд весомых недостатков:

-низкий КПД,

-очень большой расход топлива.

- масса и габариты ракеты оказываются просто колоссальными.

Это означает, что при использовании современных ракетных двигателей для перелетов между звездами понадобится миллионы или даже миллиарды лет, что лишает их смысла.

Ученые и инженеры всего мира работают над созданием реактивных двигателей нового поколения, способных функционировать в среде, не содержащей какого-либо окислителя, и, в то же время иметь достаточно высокий КПД и низкое потребление топлива.

Видеосюжет о запуске ракеты (из музея)

СЛАЙД

Исследование теоретических особенностей реактивного движения и его законов.

На сегодняшний день реактивные двигатели являются одними из самых мощных силовых установок в мире. Они способны вывести несколько тонн полезной нагрузки в космос, доставить не одну сотню человек на другой конец земного шара, разогнать самолет до скоростей, в несколько раз превышающих звуковую. Но к таким достижениям человечество пришло не сразу. Потребовалось немало исканий, умственного и физического труда.

СЛАЙД

Считается, что первые реактивные двигатели были изготовлены в Китае приблизительно в X веке нашей эры. Тогда они представляли из себя цилиндр, изготовленный из негорючего материала с запрессованным в него пороховым зарядом. В то время ракеты использовались как средства передачи сигналов и для развлечений, в качестве фейерверков. Затем стали появляться и зажигательные аналоги. В России первые боевые ракеты появились гораздо позже: первое упоминание о них было аж в 1607г. Однако они не нашли широкого боевого применения до 1820-ых годов. Тогда благодаря трудам генерала А.Д. Засядко (1779-1837 гг.) были разработаны и приняты на вооружение русской армии реактивные снаряды с дальностью действия порядка трех километров.

СЛАЙД

Принцип действия всех двигателей ( ракетных, авиационных и даже биологических) основывается на одном действии: из сопла силовой установки истекает жидкое или газообразное рабочее тело, которое, согласно закону сохранения импульсов, толкает весь аппарат в противоположную сторону вытекания струи.

Рассчитать силу, с которой реактивная струя взаимодействует с корпусом летательного аппарата, можно исходя из закона сохранения импульса.

СЛАЙД

Выведу формулу для расчета величины реактивной тяги при отсутствии внешних сил. При этом двигатель с выброшенным веществом будет являться замкнутой системой. Импульс такой системы не изменяется с течением времени.

До включения двигателей, суммарный импульс всей системы был равен нулю. Из этого следует, что после включения силовой установки сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов будет равна нулю:

 – изменение скорости ракеты

 – скорость истечения газов

Делим левую и правую части уравнения на время работы двигателей

По второму закону Ньютону, произведение массы ракеты на ее ускорение равно силе, которая вызывает это ускорение

Здесь

 – сила, движущая ракету

 – масса ракеты

 – ускорение ракеты

 – скорость истечения газов

 – расход массы топлива за единицу времени.

СЛАЙД

Но в реальных условиях на летательный аппарат действуют внешние силы. Этот случай описывает формула Мещерского. Это уравнение – обобщение второго закона Ньютона для движения тел с изменяющейся массой.

Из этого уравнения Э. К. Циолковский вывел формулу:

Эта формула играет важную роль при разработке и проектировании ракеты. С ее помощью определяют основные массовые характеристики при заданной скорости ракеты и ее удельного импульса.

Реактивный двигатель – изобретение, которое перевернуло мир. Они позволили достичь таких скоростей, о которых даже и не мечтали. На их базе создали таких гигантов, как АН-225, способного перевозить 250 тонн полезной нагрузки, Ангара-5, способную доставить 5 тонн на геостационарную орбиту. Эти и другие летательные аппараты позволили человечеству выйти на новый уровень развития: ракета позволила Нилу Армстронгу высадиться на поверхности Луны, появилась возможность для исследования других планет и галактик, ученые смогли смоделировать процессы, которые происходят в космосе, самолеты смогли достичь и превысить скорость звука.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование, проведенное по теме: «Исследование теоретических особенностей реактивного движения и его законов» и решенные в его рамках задачи позволили мне получить практические навыки в научно-исследовательской работе, приобрести опыт в подготовке и написании научной статьи и расширить кругозор в области физики, подготовиться к решению задач ЕГЭ по физике.