Реактивное движение.

Цель урока: познакомить учащихся с принципом реактивного движения.

Демонстрации: полет ракеты.

Методические рекомендации: Следствие закона сохранения импульса — явление отдачи широко используется при реактивом движении самолетов и ракет.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания.

1. Ответы на вопросы после параграфов. (В предыдущем уроке).

2. Проверка решения домашних задач.

II. Изучение нового материала.

Все реальные системы не являются замкнутыми. Закон сохранения импульса выполняется для любых систем – будь то космические тела, атомы или элементарные частицы.

Большое значение имеет закон сохранения импульса для исследования реактивного движения.

Эксперимент 1

Надуйте детский резиновый шарик и отпустите. Шарик стремительно взовьется вверх.

Это пример реактивного движения.

Реактивное движение – движение, возникающее при определении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Важным примером реактивного движения является движение ракеты.

Отделяющейся частью тела (ракеты) при таком движении является струя горячих газов, образующихся при сгорании топлива. Струя газов в одну сторону, а ракета в противоположную.

Применение: реактивное движение (К.Э. Циолковский). Возникающее при отделении от тела с какой-либо скоростью некоторой его части (кальмары и осьминоги выбрасывая вбираемую в себя воду, развивают υ = 60-70 км/ч). Химическая энергия сгорающего топлива преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания, тепловая энергия горячих газов превращается в кинетическую энергию реактивной струи. Из закона сохранении р = 0, р’ = m_rυ_r + mυ, υ = - (m_r/m)υ_r. Скорость ракеты противоположна скорости истечения газов, она тем больше, чем больше скорость газов, скорость растет с увеличением отношения массы рабочего тела к конечной массе ракеты. В ракетах на химическом топливе скорость достигает не больше 4 км/с, у ракет с ядерными двигателями — в несколько раз больше. Закон сохранения импульса выполним и для квантовых явлений.

III. Закрепление.

1) На каком законе основано существование реактивного движения? На законе сохранения импульса.

2) Из каких частиц состоит ракета? Рабочего тела (раскаленных газов, образующихся после сгорания топлива), «сухой» массы, которая состоит из массы конструкции (оболочка ракеты, двигатель. Система управления) и массы полезной нагрузки (научная аппаратура, радиотелеметрическая система, корпус выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).

3) От чего зависит скорость, развиваемая ракетой? Скорости истечения газов.

IV. Решение задач.

Сборник задач Г.Н. Степановой

№ 382.

Ракета испускает раскаленные газы со скоростью 2000 м/с относительно корабля. Чему равна сила тяги, если каждую секунду отбрасывается масса, равная 100 кг?

Пусть за бесконечно малое время dt масса, которую выбросила ракета:

dm = µdt

Здесь µ = 100 кг/с — расход массы, истекающей из ракеты за единицу времени, известный из условия.

В системе отсчета ракеты импульс, заключенный в этой массе:

dp = υdm = υµdt

Импульс силы F, действовавшей на вылетевшие газы в течение рассматриваемого промежутка времени dt:

Он равен изменению импульса вещества, которого состоят газы. Если первоначально вещество покоилось, его импульс был равен 0, значит, импульс силы будет равен импульсу отлетевшего газа:

dp = υµdt = Fdt.

Найдем силу F, с которой ракета действует на имеющие газы:

F = υµ = 2000 м/с · 100 кг = 200000 Н = 200 кН.

С какой же силой газы действуют на ракету. Иначе говоря, вычисленная сила является искомой силой тяги.

V. Итоги урока.

Домашнее задание

§ 35 (стр. 104-107). Задача 168. (стр. 327).

Подготовка к контрольной работе.