Реактивное движение. Ракеты.

Цели урока: научить опознавать реактивное движение среди других видов движения, уметь оценивать скорость движения ракеты, понимать, какой вклад в развитие космонавтики внесли отечественные учёные и космонавты.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания, повторение

Поскольку тема реактивного движения основана на глубоком понимании закона сохранения импульса, то в начале урока следует повторить весь мате­риал, изученный по данной теме. Можно провести краткий опрос:

- Всегда ли удобно пользоваться законами Ньютона для описания взаи­модействия тел?

- Что такое импульс?

- Куда направлен вектор импульса?

- Сформулируйте закон сохранения импульса.

- Кто открыл закон сохранения импульса?

- Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел? Решения домашних задач выписываются на доске и разбираются.

II. Новый материал

Начало изложения нового материала предполагает определение реактив­ного движения как одного из видов механического движения.

Движение, которое возникает как результат отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части, называется ре­активным движением.

На данном принципе работают реактивные самолеты и ракеты. Сила тяги обеспечивается реактивной тягой струи раскаленных газов.

Каракатицы, осьминоги при движении в воде также используют реактив­ный принцип перемещения. Набирая в себя воду, они, выталкивая ее, приоб­ретают скорость, направленную в сторону, противоположную направлению выброса воды.

Простейшим примером реактивного движения является подъем воздуш­ного шарика при выходе воздуха из него (учитель демонстрирует движение шарика).

В опыте с Г-образной трубкой учащиеся наблюдают, как трубка отклоня­ется в сторону, противоположную направлению струи.

После демонстрации опытов учитель задает вопросы:

- За счет чего возникает такое движение?

- Почему отклоняется трубка? Почему взлетает воздушный шарик?

- Почему движется ракета? Согласно третьему закону Ньютона:

где F₁ - сила, с которой ракета действует на раскаленные газы, a F₂ – сила, с которой газы отталкивают от себя ракету.

Модули этих сил равны: F₁ = F₂.

Именно сила F₂ и является реактивной силой. Рассчитаем скорость, кото­рую может приобрести ракета.

Если импульс выброшенных газов равен m_гυ_г, а импульс ракеты m_pυ_р, то из закона сохранения импульса получаем:

m_pυ_р = m_гυ_г

откуда скорость ракеты:

Таким образом, скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов υ_г, и чем больше отношение .

Ясно, что выведенная формула справедлива только для случая мгновенно­го сгорания топлива. Такого быть не может, так как мгновенное сгорание - это взрыв. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы.

В заключение следует сказать, что современные технологии производства ракетоносителей не могут позволить превысить скорости в 8-12 км/с. Для третьей космической скорости (16,4 км/с) необходимо, чтобы масса топлива превосходила массу оболочки носителя почти в 55 раз, что на практике реали­зовать невозможно. Следовательно, нужно искать другие способы построе­ния ракетоносителей. Возможно, и другие виды силовых двигателей.

Следует обратить внимание учеников на роль К.Э. Циолковского в разви­тии взглядов на теорию ракетостроения и освоения космического простран­ства.

III. Доклады

Заранее подготовленные ученики делают сообщения о жизни и научной деятельности СП. Королева, К.Э. Циолковского, о Ю.А. Гагарине и В.А. Те­решковой. Остальные учащиеся, по возможности, дополняют выступления.

VI. Вопросы для повторения

- Какое движение называют реактивным?

- Верно ли утверждение: для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия с окружающей средой?

- На каком законе основано реактивное движение?

- От чего зависит скорость ракеты?

- Когда и где был запущен первый искусственный спутник Земли?

Домашнее задание:

§ 23 (с. 82-86).

Приложение к уроку

Несколько слов из истории космонавтики

Первые упоминания о ракетах встречаются в древнекитайских летописях, в древней индийской и греческой литературе, а также в древнерусских лето­писях. Существуют сведения об открытии в Москве в 1680 году «Ракетного заведения». Первый фундаментальный труд «О боевых ракетах», принадле­жавший перу К.И. Константинова, крупного военного специалиста, вышел в Париже в 1861 году. Проекты первых отечественных пороховых ракет были разработаны Н.И. Тихомировым в 1894 году. Но история космических ракет тогда еще не началась. Разумеется, и боевые ракеты, и фейерверки влияли на развитие человеческой фантазии.

История космической ракетной техники и космонавтики знает немало славных имен, в их числе великий русский ученый К.Э. Циолковский, кото­рый в 1883 году пришел к мысли о возможности использования реактивного движения для создания межпланетных летательных аппаратов.

Заметим также, что многие зарубежные исследователи создание в фашис­тской Германии ракеты «ФАУ-2» рассматривают как одну из важных вех в развитии космонавтики.

Основоположник практической космонавтики - академик СП. Королев.

Первое «космическое» испытание новой баллистической ракеты - вывод на околоземную орбиту первого в истории человечества искусственного спутника Земли (ИСЗ). Испытание, проведенное 4 октября 1957 года, было успешным. Второй ИСЗ с животными на борту выяснил, главным образом, биологические возможности космического полета, а третий ИСЗ - физичес­кую обстановку в космосе.

И, наконец, после многочисленных земных и космических экспериментов наступило 12 апреля 1961 года - день первого в мире космического полета человека - Ю. А. Гагарина - гражданина СССР.

Первый пилотируемый полет на Луну корабля «Аполлон» был осуществ­лен в 1969 году. Космонавт США Н. Армстронг и Э. Олдрин установили на Луне научную аппаратуру и, собрав образцы лунного грунта, вернулись со своим драгоценным грузом на Землю.

Затем экспедиции повторялись, их программы и оснащение совершен­ствовались, однако привлекательность этих экспедиций постепенно уменьшалась. Для большинства людей полеты на Луну постепенно стали казаться будничным делом. И вот. ..11 декабря 1972 года состоялась последняя экспе­диция на Луну, а ракета «Сатурн-5» и все сооружения, необходимые для ее эксплуатации, были законсервированы.

Противники освоения космоса продолжали по-прежнему считать, что затраты по сравнению с полученными результатами слишком велики: каждая секунда пребывания на Луне экипажа «Аполлон-12» стоила 30 тыс. дол., каждый килограмм лунного грунта, доставленного на Зем­лю, стоил 1 млрд. дол.

Постепенное планомерное развитие космонавтики в Советском Союзе, очевидные успехи астронавтики США, деятельность других стран в этом же направлении позволили накопить важный экспериментальный материал и однозначно установить несомненные преимущества и рентабельность космо­навтики. Оказалось, что по самым скромным расчетам, проведенным в США, съемки панорамы земной поверхности из космоса в 5-10 раз дешевле аэро­фотосъемки. Применение метеоспутников в нашей стране более чем на поря­док увеличивает эффективность службы предсказания погоды. Постепенно стало очевидным, что в некоторых областях науки и народного хозяйства, та­ких, как геодезия, связь, навигация, океанография, метеорология, астроно­мия, гидрология, геология, лесное хозяйство, сельское и рыбное хозяйство и т.п., применение космических средств не только уже рентабельно, но в ряде случаев и незаменимо.