Αντιδραστική δύναμη- βλέπε ώση κινητήρα. Αεροπορία: Εγκυκλοπαίδεια. Μ.: Μεγάλη Ρωσική Εγκυκλοπαίδεια. Αρχισυντάκτης Γ.Π. Σβίστσεφ. 1994... Εγκυκλοπαίδεια της τεχνολογίας
Αντιδραστική δύναμη- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Αγγλο-ρωσικό λεξικό ηλεκτρολογίας και μηχανικής ισχύος, Μόσχα, 1999] Θέματα ηλεκτρολογικής μηχανικής, βασικές έννοιες EN δύναμη αντίδρασης ...
Αντιδραστική δύναμη- atoveikio jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Veikiamojo kūno atsakomojo poveikio jėga, nukreipta į veikiantįjį kūną. ατιτικμενύς: αγγλ. αντεπιδραστική δύναμη· αντιδραστική δύναμη vok. Gegenwirkungskraft, f; Rückstosskraft… Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Αντιδραστική δύναμη- ώθηση αεριωθουμένων, δύναμη ώθησης κινητήρα αεριωθουμένων (βλ. βλέπε Jet thrust...
Δύναμη αντίδρασης βλέπε ώθηση κινητήρα ... Εγκυκλοπαίδεια "Αεροπορία"
αντιδραστική δύναμη πυραυλοκινητήρα (θάλαμοι LPRE)- αντιδραστική δύναμη του κινητήρα (θάλαμος) Αποτέλεσμα αερίων και υδροδυναμικών δυνάμεων που επενεργούν στις εσωτερικές επιφάνειες του πυραυλοκινητήρα υγρού προωθητικού κινητήρα (θάλαμος υγρού πυραυλοκινητήρα) κατά την εκροή προϊόντων καύσης [GOST 17655 89] Θέματα κινητήρες υγρών πυραύλων Συνώνυμα αντιδραστικά ... ... Οδηγός Τεχνικού Μεταφραστή
ώθηση τζετ- (αντιδραστική δύναμη) η δύναμη αντίδρασης (ανάκρουση) του πίδακα που δημιουργείται ως αποτέλεσμα της εκροής αερίων (ή άλλου ρευστού εργασίας) από το ακροφύσιο ενός κινητήρα αεριωθουμένων. Το jet thrust εφαρμόζεται απευθείας στο σώμα του πυραυλοκινητήρα και χωρίς... ... Marine Dictionary
ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΑΕΡΟΣ- (αντιδραστική δύναμη) η δύναμη αντίδρασης (οπισθοδρόμηση) ενός πίδακα λειτουργικού ρευστού (για παράδειγμα, αερίου) που ρέει από το ακροφύσιο ενός κινητήρα εκτόξευσης και οδηγεί τη συσκευή με τον κινητήρα προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση εκροής της λειτουργίας υγρό... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό
ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΑΕΡΟΣ- (αντιδραστική δύναμη) η δύναμη αντίδρασης (ανάκρουση) του πίδακα ρευστού εργασίας που ρέει από το ακροφύσιο ενός κινητήρα εκτόξευσης (βλέπε), οδηγώντας τον κινητήρα και τη σχετική συσκευή προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση του ρεύματος πίδακα. Αρχή...... Μεγάλη Πολυτεχνική Εγκυκλοπαίδεια
ώθηση τζετ- αντιδραστική δύναμη, η δύναμη αντίδρασης (οπισθοχώρηση) ενός πίδακα αερίων (ή άλλου ρευστού εργασίας (Βλ. Υγρό εργασίας)) που ρέει από το ακροφύσιο ενός κινητήρα αεριωθουμένων (Βλ. Jet engine). R. t το αποτέλεσμα των δυνάμεων πίεσης του ρευστού εργασίας σε αυτές που το περιορίζουν... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα \(~m \vec a = \vec F\) μπορεί να γραφτεί με διαφορετική μορφή, η οποία δίνεται από τον ίδιο τον Νεύτωνα στο κύριο έργο του «Mathematical Principles of Natural Philosophy».
Αν ένα σώμα (υλικό σημείο) επηρεάζεται από σταθερή δύναμη, τότε η επιτάχυνση είναι επίσης σταθερή
\(~\vec a = \frac(\vec \upsilon_2 - \vec \upsilon_1)(\Delta t)\) ,
όπου \(~\vec \upsilon_1\) και \(~\vec \upsilon_2\) είναι οι αρχικές και τελικές τιμές της ταχύτητας του σώματος.
Αντικαθιστώντας αυτή την τιμή επιτάχυνσης με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, παίρνουμε:
\(~\frac(m \cdot (\vec \upsilon_2 - \vec \upsilon_1))(\Delta t) = \vec F\) ή \(~m \vec \upsilon_2 - m \vec \upsilon_1 = \vec F \Δέλτα t\) . (1)
Σε αυτή την εξίσωση εμφανίζεται ένα νέο φυσικό μέγεθος - η ορμή ενός υλικού σημείου.
Η παρόρμηση του υλικούτα σημεία ονομάζουν μια ποσότητα ίση με το γινόμενο της μάζας ενός σημείου και της ταχύτητάς του.
Ας υποδηλώσουμε την ορμή (ονομάζεται επίσης ορμή) με το γράμμα \(~\vec p\) . Επειτα
\(~\vec p = m \vec \upsilon\) . (2)
Από τον τύπο (2) είναι σαφές ότι η ορμή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος. Επειδή Μ> 0, τότε η ορμή έχει την ίδια κατεύθυνση με την ταχύτητα.
Η μονάδα ώθησης δεν έχει ειδικό όνομα. Το όνομά του προκύπτει από τον ορισμό αυτής της ποσότητας:
[Π] = [Μ] · [ υ ] = 1 kg · 1 m/s = 1 kg m/s.Μια άλλη μορφή γραφής του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα
Ας υποδηλώσουμε με \(~\vec p_1 = m \vec \upsilon_1\) την ορμή του υλικού σημείου στην αρχική στιγμή του διαστήματος Δ t, και μέσω \(~\vec p_2 = m \vec \upsilon_2\) - την ώθηση στην τελευταία στιγμή αυτού του διαστήματος. Τότε \(~\vec p_2 - \vec p_1 = \Delta \vec p\) είναι αλλαγή στην ορμήστο χρόνο Δ t. Τώρα η εξίσωση (1) μπορεί να γραφτεί ως εξής:
\(~\Delta \vec p = \vec F \Delta t\) . (3)
Αφού ο Δ t> 0, τότε οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων \(~\Delta \vec p\) και \(~\vec F\) συμπίπτουν.
Σύμφωνα με τον τύπο (3)
η μεταβολή της ορμής ενός υλικού σημείου είναι ανάλογη της δύναμης που ασκείται σε αυτό και έχει την ίδια κατεύθυνση με τη δύναμη.
Έτσι ακριβώς διατυπώθηκε για πρώτη φορά Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα.
Το γινόμενο μιας δύναμης και η διάρκεια της δράσης της ονομάζεται παρόρμηση δύναμης. Μην συγχέετε την ώθηση \(~m \vec \upsilon\) ενός υλικού σημείου και την ώθηση της δύναμης \(\vec F \Delta t\) . Αυτές είναι εντελώς διαφορετικές έννοιες.
Η εξίσωση (3) δείχνει ότι πανομοιότυπες αλλαγές στην ορμή ενός υλικού σημείου μπορούν να ληφθούν ως αποτέλεσμα της δράσης μιας μεγάλης δύναμης σε ένα μικρό χρονικό διάστημα ή μιας μικρής δύναμης σε ένα μεγάλο χρονικό διάστημα. Όταν πηδάτε από ένα ορισμένο ύψος, το σώμα σας σταματά λόγω της δράσης της δύναμης από το έδαφος ή το πάτωμα. Όσο μικρότερη είναι η διάρκεια της σύγκρουσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη πέδησης. Για να μειωθεί αυτή η δύναμη, το φρενάρισμα πρέπει να γίνει σταδιακά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αθλητές προσγειώνονται σε μαλακά χαλάκια όταν κάνουν άλμα εις ύψος. Κάμπτοντας σταδιακά επιβραδύνουν τον αθλητή. Ο τύπος (3) μπορεί να γενικευτεί στην περίπτωση που η δύναμη αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Για να γίνει αυτό, ολόκληρη η χρονική περίοδος Δ tοι ενέργειες της δύναμης πρέπει να χωρίζονται σε τόσο μικρά διαστήματα Δ t i ώστε σε καθένα από αυτά η τιμή της δύναμης να μπορεί να θεωρηθεί σταθερή χωρίς μεγάλο σφάλμα. Για κάθε μικρό χρονικό διάστημα ισχύει ο τύπος (3). Συνοψίζοντας τις αλλαγές στους παλμούς σε μικρά χρονικά διαστήματα, παίρνουμε:
\(~\Delta \vec p = \sum^(N)_(i=1)(\vec F_i \Delta t_i)\) . (4)
Το σύμβολο Σ (ελληνικό γράμμα «σίγμα») σημαίνει «άθροισμα». Ευρετήρια Εγώ= 1 (κάτω) και Ν(στην κορυφή) σημαίνει ότι αθροίζεται Νόροι.
Για να βρουν την ορμή ενός σώματος, κάνουν το εξής: διασπούν νοητικά το σώμα σε μεμονωμένα στοιχεία (υλικά σημεία), βρίσκουν τις παρορμήσεις των στοιχείων που προκύπτουν και στη συνέχεια τα συνοψίζουν ως διανύσματα.
Η ορμή ενός σώματος είναι ίση με το άθροισμα των παλμών των επιμέρους στοιχείων του.
Αλλαγή στην ορμή ενός συστήματος σωμάτων. Νόμος διατήρησης της ορμής
Όταν εξετάζουμε οποιοδήποτε μηχανικό πρόβλημα, μας ενδιαφέρει η κίνηση ενός συγκεκριμένου αριθμού σωμάτων. Το σύνολο των σωμάτων των οποίων την κίνηση μελετάμε ονομάζεται μηχανικό σύστημαή απλώς ένα σύστημα.
Αλλαγή της ορμής ενός συστήματος σωμάτων
Ας εξετάσουμε ένα σύστημα που αποτελείται από τρία σώματα. Αυτά θα μπορούσαν να είναι τρία αστέρια που υφίστανται επιρροή από γειτονικά κοσμικά σώματα. Εξωτερικές δυνάμεις δρουν στα σώματα του συστήματος \(~\vec F_i\) ( Εγώ- αριθμός σώματος Για παράδειγμα, \(~\vec F_2\) είναι το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων που δρουν στο σώμα νούμερο δύο). Μεταξύ των σωμάτων υπάρχουν δυνάμεις \(~\vec F_(ik)\) που ονομάζονται εσωτερικές δυνάμεις (Εικ. 1). Εδώ είναι το πρώτο γράμμα Εγώστον δείκτη σημαίνει τον αριθμό του σώματος στο οποίο δρα η δύναμη \(~\vec F_(ik)\) και το δεύτερο γράμμα κσημαίνει τον αριθμό του σώματος από το οποίο δρα δεδομένης δύναμης. Με βάση τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα
\(~\vec F_(ik) = - \vec F_(ki)\) . (5)
Λόγω της δράσης των δυνάμεων στα σώματα του συστήματος, οι παρορμήσεις τους αλλάζουν. Εάν η δύναμη δεν αλλάξει αισθητά σε σύντομο χρονικό διάστημα, τότε για κάθε σώμα του συστήματος μπορούμε να γράψουμε τη μεταβολή της ορμής με τη μορφή της εξίσωσης (3):
\(~\Delta (m_1 \vec \upsilon_1) = (\vec F_(12) + \vec F_(13) + \vec F_1) \Delta t\) , \(~\Delta (m_2 \vec \upsilon_2) = (\vec F_(21) + \vec F_(23) + \vec F_2) \Delta t\) , (6) \(~\Delta (m_3 \vec \upsilon_3) = (\vec F_(31) + \vec F_(32) + \vec F_3) \Δέλτα t\) .
Εδώ στην αριστερή πλευρά κάθε εξίσωσης είναι η μεταβολή της ορμής του σώματος \(~\vec p_i = m_i \vec \upsilon_i\) για μικρό χρονικό διάστημα Δ t. Πιο αναλυτικά\[~\Delta (m_i \vec \upsilon_i) = m_i \vec \upsilon_(ik) - m_i \vec \upsilon_(in)\] όπου \(~\vec \upsilon_(in)\) είναι το ταχύτητα στην αρχή, και \(~\vec \upsilon_(ik)\) - στο τέλος του χρονικού διαστήματος Δ t.
Ας προσθέσουμε την αριστερή και τη δεξιά πλευρά των εξισώσεων (6) και δείξουμε ότι το άθροισμα των μεταβολών των παλμών των μεμονωμένων σωμάτων είναι ίσο με τη μεταβολή της συνολικής ώθησης όλων των σωμάτων του συστήματος, ίσο με
\(~\vec p_c = m_1 \vec \upsilon_1 + m_2 \vec \upsilon_2 + m_3 \vec \upsilon_3\) . (7)
Πραγματικά,
\(~\Delta (m_1 \vec \upsilon_1) + \Delta (m_2 \vec \upsilon_2) + \Delta (m_3 \vec \upsilon_3) = m_1 \vec \upsilon_(1k) - m_1 \vec \upsilon_(1n) + m_2 \vec \upsilon_(2k) - m_2 \vec \upsilon_(2n) + m_3 \vec \upsilon_(3k) - m_3 \vec \upsilon_(3n) =\) \(~=(m_1 \vec \upsilon_( 1k) + m_2 \vec \upsilon_(2k) + m_3 \vec \upsilon_(3k)) -(m_1 \vec \upsilon_(1n) + m_2 \vec \upsilon_(2n) + m_3 \vec \upsilon_(3n)) = \vec p_(ck) - \vec p_(cn) = \Delta \vec p_c\) .
Ετσι,
\(~\Delta \vec p_c = (\vec F_(12) + \vec F_(13) + \vec F_(21) + \vec F_(23) + \vec F_(31) + \vec F_(32 ) + \vec F_1 + \vec F_2 + \vec F_3) \Δέλτα t\) . (8)
Αλλά οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης οποιουδήποτε ζεύγους σωμάτων αθροίζονται στο μηδέν, αφού σύμφωνα με τον τύπο (5)
\(~\vec F_(12) = - \vec F_(21) ; \vec F_(13) = - \vec F_(31) ; \vec F_(23) = - \vec F_(32)\) .
Επομένως, η αλλαγή στην ορμή του συστήματος των σωμάτων είναι ίση με την ορμή των εξωτερικών δυνάμεων:
\(~\Delta \vec p_c = (\vec F_1 + \vec F_2 + \vec F_3) \Delta t\) . (9)
Καταλήξαμε σε ένα σημαντικό συμπέρασμα:
Η ορμή ενός συστήματος σωμάτων μπορεί να αλλάξει μόνο από εξωτερικές δυνάμεις και η μεταβολή της ορμής του συστήματος είναι ανάλογη με το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων και συμπίπτει με αυτό κατά την κατεύθυνση. Οι εσωτερικές δυνάμεις, που αλλάζουν τις παρορμήσεις των επιμέρους σωμάτων του συστήματος, δεν αλλάζουν τη συνολική ώθηση του συστήματος.
Η εξίσωση (9) ισχύει για οποιοδήποτε χρονικό διάστημα αν το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων παραμένει σταθερό.
Νόμος διατήρησης της ορμής
Μια εξαιρετικά σημαντική συνέπεια προκύπτει από την εξίσωση (9). Εάν το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων που δρουν στο σύστημα είναι μηδέν, τότε η μεταβολή της ορμής του συστήματος είναι επίσης ίση με μηδέν\[~\Delta \vec p_c = 0\] . Αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από το χρονικό διάστημα που παίρνουμε, η συνολική ώθηση στην αρχή αυτού του διαστήματος \(~\vec p_(cn)\) και στο τέλος του \(~\vec p_(ck)\) είναι η ίδια \ [~\vec p_(cn) = \vec p_(ck)\] . Η ορμή του συστήματος παραμένει αμετάβλητη ή, όπως λένε, διατηρείται:
\(~\vec p_c = m_1 \vec \upsilon_1 + m_2 \vec \upsilon_2 + m_3 \vec \upsilon_3 = \όνομα χειριστή(const)\) . (10)
Νόμος διατήρησης της ορμής διατυπώνεται ως εξής:
αν το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων που δρουν στα σώματα του συστήματος είναι ίσο με μηδέν, τότε η ορμή του συστήματος διατηρείται.
Τα σώματα μπορούν να ανταλλάξουν μόνο παρορμήσεις, αλλά η συνολική αξία της ώθησης δεν αλλάζει. Απλώς πρέπει να θυμάστε ότι διατηρείται το διανυσματικό άθροισμα των παλμών και όχι το άθροισμα των μονάδων τους.
Όπως φαίνεται από το συμπέρασμά μας, ο νόμος της διατήρησης της ορμής είναι συνέπεια του δεύτερου και του τρίτου νόμου του Νεύτωνα. Ένα σύστημα σωμάτων που δεν επηρεάζεται από εξωτερικές δυνάμεις ονομάζεται κλειστό ή απομονωμένο. Σε ένα κλειστό σύστημα σωμάτων, η ορμή διατηρείται. Αλλά το πεδίο εφαρμογής του νόμου της διατήρησης της ορμής είναι ευρύτερο: ακόμα κι αν εξωτερικές δυνάμεις δρουν στα σώματα του συστήματος, αλλά το άθροισμά τους είναι μηδέν, η ορμή του συστήματος εξακολουθεί να διατηρείται.
Το αποτέλεσμα που προκύπτει γενικεύεται εύκολα στην περίπτωση ενός συστήματος που περιέχει έναν αυθαίρετο αριθμό N σωμάτων:
\(~m_1 \vec \upsilon_(1n) + m_2 \vec \upsilon_(2n) + m_3 \vec \upsilon_(3n) + \ldots + m_N \vec \upsilon_(Nn) = m_1 \vec \upsilon_(1k) + m_2 \vec \upsilon_(2k) + m_3 \vec \upsilon_(3k) + \ldots + m_N \vec \upsilon_(Nk)\) . (έντεκα)
Εδώ \(~\vec \upsilon_(in)\) είναι η ταχύτητα των σωμάτων την αρχική χρονική στιγμή, και \(~\vec \upsilon_(ik)\) - την τελική στιγμή. Δεδομένου ότι η ορμή είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, η εξίσωση (11) είναι μια συμπαγής αναπαράσταση τριών εξισώσεων για τις προβολές της ορμής του συστήματος στους άξονες συντεταγμένων.
Πότε ικανοποιείται ο νόμος της διατήρησης της ορμής;
Όλα τα πραγματικά συστήματα, φυσικά, δεν είναι κλειστά, το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων μπορεί πολύ σπάνια να είναι ίσο με μηδέν. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος της διατήρησης της ορμής.
Εάν το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων δεν είναι ίσο με μηδέν, αλλά το άθροισμα των προβολών των δυνάμεων σε κάποια κατεύθυνση είναι ίσο με μηδέν, τότε διατηρείται η προβολή της ορμής του συστήματος σε αυτήν την κατεύθυνση. Για παράδειγμα, ένα σύστημα σωμάτων στη Γη ή κοντά στην επιφάνειά της δεν μπορεί να κλείσει, αφού όλα τα σώματα επηρεάζονται από τη δύναμη της βαρύτητας, η οποία αλλάζει την ορμή κατακόρυφα σύμφωνα με την εξίσωση (9). Ωστόσο, κατά μήκος της οριζόντιας κατεύθυνσης, η δύναμη της βαρύτητας δεν μπορεί να αλλάξει την ορμή και το άθροισμα των προβολών των παλμών των σωμάτων στον οριζόντια κατευθυνόμενο άξονα θα παραμείνει αμετάβλητο εάν η δράση των δυνάμεων αντίστασης μπορεί να παραμεληθεί.
Επιπλέον, κατά τη διάρκεια γρήγορων αλληλεπιδράσεων (έκρηξη βλήματος, πυροβολισμός όπλου, συγκρούσεις ατόμων κ.λπ.), η αλλαγή στις ώσεις των μεμονωμένων σωμάτων θα οφείλεται στην πραγματικότητα μόνο σε εσωτερικές δυνάμεις. Η ορμή του συστήματος διατηρείται με μεγάλη ακρίβεια, επειδή τέτοιες εξωτερικές δυνάμεις όπως η δύναμη της βαρύτητας και η δύναμη τριβής, που εξαρτάται από την ταχύτητα, δεν αλλάζουν αισθητά την ορμή του συστήματος. Είναι μικρές σε σύγκριση με τις εσωτερικές δυνάμεις. Έτσι, η ταχύτητα των θραυσμάτων βλήματος κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης, ανάλογα με το διαμέτρημα, μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 600 - 1000 m/s. Το χρονικό διάστημα κατά το οποίο η βαρύτητα θα μπορούσε να προσδώσει τέτοια ταχύτητα στα σώματα είναι ίσο με
\(~\Delta t = \frac(m \Delta \upsilon)(mg) \περίπου 100 s\)
Οι εσωτερικές δυνάμεις πίεσης αερίου προσδίδουν τέτοιες ταχύτητες σε 0,01 s, δηλ. 10.000 φορές πιο γρήγορα.
Αεριοπροώθηση. Εξίσωση Meshchersky. Αντιδραστική δύναμη
Κάτω από αεριοπροώθησηκατανοούν την κίνηση ενός σώματος που συμβαίνει όταν κάποιο μέρος του χωρίζεται με μια ορισμένη ταχύτητα σε σχέση με το σώμα,
για παράδειγμα, όταν τα προϊόντα καύσης ρέουν έξω από ένα ακροφύσιο πίδακα αεροσκάφος. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται η λεγόμενη αντιδραστική δύναμη, που προσδίδει επιτάχυνση στο σώμα.
Η παρατήρηση της κίνησης του πίδακα είναι πολύ απλή. Φουσκώστε την λαστιχένια μπάλα ενός παιδιού και αφήστε την. Η μπάλα θα ανέβει γρήγορα (Εικ. 2). Η κίνηση, ωστόσο, θα είναι βραχύβια. Η αντιδραστική δύναμη δρα μόνο όσο συνεχίζεται η εκροή αέρα.
Το κύριο χαρακτηριστικό της αντιδραστικής δύναμης είναι ότι εμφανίζεται χωρίς καμία αλληλεπίδραση με εξωτερικά σώματα. Υπάρχει μόνο αλληλεπίδραση μεταξύ του πυραύλου και του ρεύματος ύλης που ρέει έξω από αυτόν.
Η δύναμη που προσδίδει επιτάχυνση σε ένα αυτοκίνητο ή πεζό στο έδαφος, σε ατμόπλοιο στο νερό ή σε αεροπλάνο με έλικα στον αέρα προκύπτει μόνο λόγω της αλληλεπίδρασης αυτών των σωμάτων με το έδαφος, το νερό ή τον αέρα.
Όταν τα προϊόντα καύσης καυσίμου ρέουν έξω, λόγω της πίεσης στον θάλαμο καύσης, αποκτούν μια ορισμένη ταχύτητα σε σχέση με τον πύραυλο και, επομένως, μια ορισμένη ορμή. Επομένως, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ορμής, ο ίδιος ο πύραυλος δέχεται μια ώθηση του ίδιου μεγέθους, αλλά κατευθυνόμενη προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η μάζα του πυραύλου μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ένας πύραυλος σε πτήση είναι ένα σώμα μεταβλητής μάζας. Για τον υπολογισμό της κίνησής του, είναι βολικό να εφαρμοστεί ο νόμος της διατήρησης της ορμής.
Εξίσωση Meshchersky
Ας εξαγάγουμε την εξίσωση κίνησης του πυραύλου και ας βρούμε μια έκφραση για την αντιδραστική δύναμη. Θα υποθέσουμε ότι η ταχύτητα των αερίων που ρέουν έξω από τον πύραυλο σε σχέση με τον πύραυλο είναι σταθερή και ίση με \(~\vec u\) . Οι εξωτερικές δυνάμεις δεν δρουν στον πύραυλο: βρίσκεται στο διάστημα μακριά από αστέρια και πλανήτες.
Αφήστε κάποια στιγμή η ταχύτητα του πυραύλου σε σχέση με το αδρανειακό σύστημα που σχετίζεται με τα αστέρια να είναι ίση με \(~\vec \upsilon\) (Εικ. 3) και η μάζα του πυραύλου να είναι ίση Μ. Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα Δ tη μάζα του πυραύλου θα γίνει ίση
\(~M_1 = M - \mu \Δέλτα t\) ,
Οπου μ - κατανάλωση καυσίμου ( κατανάλωση καυσίμουονομάζεται λόγος της μάζας του καυσίμου προς το χρόνο της καύσης του).
Κατά την ίδια χρονική περίοδο, η ταχύτητα του πυραύλου θα αλλάξει κατά \(~\Delta \vec \upsilon\) και θα γίνει ίση με \(~\vec \upsilon_1 = \vec \upsilon + \Delta \vec \upsilon\ ) . Η ταχύτητα εκροής αερίου σε σχέση με το επιλεγμένο αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς είναι ίση με \(~\vec \upsilon + \vec u\) (Εικ. 4), αφού πριν από την έναρξη της καύσης το καύσιμο είχε την ίδια ταχύτητα με τον πύραυλο.
Ας γράψουμε τον νόμο της διατήρησης της ορμής για το σύστημα πυραύλων-αερίου:
\(~M \vec \upsilon = (M - \mu \Delta t)(\vec \upsilon + \Delta \vec \upsilon) + \mu \Delta t(\vec \upsilon + \vec u)\) .
Ανοίγοντας τις αγκύλες, παίρνουμε:
\(~M \vec \upsilon = M \vec \upsilon - \mu \Delta t \vec \upsilon + M \Delta \vec \upsilon - \mu \Delta t \Delta \vec \upsilon + \mu \Delta t \vec \upsilon + \mu \Delta t \vec u\) .
Ο όρος \(~\mu \Delta t \vec \upsilon\) μπορεί να παραμεληθεί σε σύγκριση με τους άλλους, αφού περιέχει το γινόμενο δύο μικρών ποσοτήτων (αυτή η ποσότητα λέγεται ότι είναι δεύτερης τάξης μικρότητας). Αφού φέρουμε παρόμοιους όρους θα έχουμε:
\(~M \Delta \vec \upsilon = - \mu \Delta t \vec u\) ή \(~M \frac(\Delta \vec \upsilon)(\Delta t) = - \mu \vec u\ ) . (12)
Αυτή είναι μια από τις εξισώσεις του Meshchersky για την κίνηση ενός σώματος μεταβλητής μάζας, που ελήφθη από τον ίδιο το 1897.
Εάν εισάγουμε τον συμβολισμό \(~\vec F_r = - \mu \vec u\) , τότε η εξίσωση (12) θα συμπίπτει ως προς τη μορφή με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Ωστόσο, το σωματικό βάρος Μεδώ δεν είναι σταθερό, αλλά μειώνεται με το χρόνο λόγω της απώλειας της ύλης.
Καλείται η ποσότητα \(~\vec F_r = - \mu \vec u\). αντιδραστική δύναμη. Εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της εκροής αερίων από τον πύραυλο, εφαρμόζεται στον πύραυλο και κατευθύνεται αντίθετα από την ταχύτητα των αερίων σε σχέση με τον πύραυλο. Η αντιδραστική δύναμη καθορίζεται μόνο από την ταχύτητα ροής αερίου σε σχέση με τον πύραυλο και την κατανάλωση καυσίμου. Είναι σημαντικό να μην εξαρτάται από τις λεπτομέρειες του σχεδιασμού του κινητήρα. Είναι σημαντικό μόνο ο κινητήρας να εξασφαλίζει την εκροή αερίων από τον πύραυλο με ταχύτητα \(~\vec u\) με κατανάλωση καυσίμου μ . Αντιδραστική δύναμη διαστημικοί πύραυλοιφτάνει τα 1000 kN.
Εάν σε έναν πύραυλο δρουν εξωτερικές δυνάμεις, τότε η κίνησή του καθορίζεται από την αντιδραστική δύναμη και το άθροισμα των εξωτερικών δυνάμεων. Στην περίπτωση αυτή, η εξίσωση (12) θα γραφεί ως εξής:
\(~M \frac(\Delta \vec \upsilon)(\Delta t) = \vec F_r + \vec F\) . (13)
Μηχανές αεροσκάφους
Οι κινητήρες αεριωθουμένων χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως σε σχέση με την εξερεύνηση του διαστήματος. Χρησιμοποιούνται επίσης για μετεωρολογικούς και στρατιωτικούς πυραύλους διαφόρων βεληνεκών. Επιπλέον, όλα τα σύγχρονα αεροσκάφη υψηλής ταχύτητας είναι εξοπλισμένα με κινητήρες που αναπνέουν αέρα.
Είναι αδύνατο να χρησιμοποιηθούν άλλοι κινητήρες εκτός από κινητήρες αεριωθουμένων στο διάστημα: δεν υπάρχει στήριγμα (στερεό, υγρό ή αέριο) από το οποίο θα μπορούσε να επιταχυνθεί το διαστημόπλοιο. Η χρήση κινητήρων αεριωθουμένων για αεροσκάφη και πυραύλους που δεν υπερβαίνουν την ατμόσφαιρα οφείλεται στο γεγονός ότι οι κινητήρες αεριωθουμένων είναι σε θέση να παρέχουν μέγιστη ταχύτηταπτήση.
Οι κινητήρες τζετ χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: ρουκέταΚαι πίδακας αέρα.
Στους πυραυλοκινητήρες, το καύσιμο και το οξειδωτικό που είναι απαραίτητο για την καύση του βρίσκονται απευθείας μέσα στον κινητήρα ή στις δεξαμενές καυσίμου του.
Το σχήμα 5 δείχνει ένα διάγραμμα πυραυλοκινητήρα στερεού καυσίμου. Στο εσωτερικό του θαλάμου καύσης του κινητήρα τοποθετείται πυρίτιδα ή κάποιο άλλο στερεό καύσιμο που μπορεί να καεί απουσία αέρα.
Όταν καίγεται καύσιμο, σχηματίζονται αέρια που έχουν πολύ υψηλή θερμοκρασία και ασκούν πίεση στα τοιχώματα του θαλάμου. Η πίεση στο μπροστινό τοίχωμα του θαλάμου είναι μεγαλύτερη από ότι στο πίσω τοίχωμα, όπου βρίσκεται το ακροφύσιο. Τα αέρια που ρέουν μέσα από το ακροφύσιο δεν συναντούν τοίχο στο δρόμο τους στον οποίο θα μπορούσαν να ασκήσουν πίεση. Το αποτέλεσμα είναι μια δύναμη που σπρώχνει τον πύραυλο προς τα εμπρός.
Το στενό τμήμα του θαλάμου - το ακροφύσιο - χρησιμεύει για την αύξηση του ρυθμού ροής των προϊόντων καύσης, το οποίο με τη σειρά του αυξάνει την αντιδραστική δύναμη. Η στένωση του ρεύματος αερίου προκαλεί αύξηση της ταχύτητάς του, αφού σε αυτή την περίπτωση η ίδια μάζα αερίου πρέπει να διέρχεται από μικρότερη διατομή ανά μονάδα χρόνου όπως με μεγαλύτερη διατομή.
Χρησιμοποιούνται επίσης πυραυλοκινητήρες που λειτουργούν με υγρό καύσιμο.
Σε κινητήρες αεριωθούμενου υγρού (LPRE), η κηροζίνη, η βενζίνη, η αλκοόλη, η ανιλίνη, το υγρό υδρογόνο κ.λπ. μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο και το υγρό οξυγόνο, το νιτρικό οξύ, το υγρό φθόριο, το υπεροξείδιο του υδρογόνου κ.λπ. μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οξειδωτικό παράγοντας απαραίτητος για την καύση Το καύσιμο και το οξειδωτικό αποθηκεύονται χωριστά σε ειδικές δεξαμενές και, χρησιμοποιώντας αντλίες, τροφοδοτούνται στο θάλαμο, όπου η καύση του καυσίμου αναπτύσσει θερμοκρασία έως 3000 °C και πίεση έως και 50 atm. Εικ. 6). Διαφορετικά, ο κινητήρας λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως ένας κινητήρας στερεών καυσίμων.
Καυτά αέρια (προϊόντα καύσης), που εξέρχονται από το ακροφύσιο, περιστρέφουν τον αεριοστρόβιλο, ο οποίος κινεί τον συμπιεστή. Οι κινητήρες στροβιλοσυμπιεστών είναι εγκατεστημένοι στα αεροσκάφη μας Tu-134, Il-62, Il-86, κ.λπ.
Όχι μόνο οι πύραυλοι, αλλά και τα περισσότερα σύγχρονα αεροσκάφη είναι εξοπλισμένα με κινητήρες τζετ.
Επιτυχίες στην εξερεύνηση του διαστήματος
Βασικές αρχές της θεωρίας κινητήρων αεριωθούμενων και επιστημονική απόδειξηοι δυνατότητες πτήσεων στον διαπλανητικό χώρο εκφράστηκαν και αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά από τον Ρώσο επιστήμονα Κ.Ε. Tsiolkovsky στο έργο του «Εξερεύνηση των παγκόσμιων χώρων με τη χρήση αντιδραστικών οργάνων».
Κ.Ε. Ο Tsiolkovsky είχε επίσης την ιδέα της χρήσης πυραύλων πολλαπλών σταδίων. Τα επιμέρους στάδια που απαρτίζουν τον πύραυλο εφοδιάζονται με δικούς τους κινητήρες και τροφοδοσία καυσίμου. Καθώς το καύσιμο καίγεται, κάθε διαδοχικό στάδιο διαχωρίζεται από τον πύραυλο. Επομένως, στο μέλλον, το καύσιμο δεν καταναλώνεται για την επιτάχυνση του αμαξώματος και του κινητήρα του.
Η ιδέα του Tsiolkovsky για την κατασκευή ενός μεγάλου δορυφορικού σταθμού σε τροχιά γύρω από τη Γη, από τον οποίο θα εκτοξεύονται πυραύλους σε άλλους πλανήτες ηλιακό σύστημα, δεν έχει ακόμη υλοποιηθεί, αλλά δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αργά ή γρήγορα θα δημιουργηθεί ένας τέτοιος σταθμός.
Επί του παρόντος, η προφητεία του Τσιολκόφσκι γίνεται πραγματικότητα: «Η ανθρωπότητα δεν θα παραμείνει για πάντα στη Γη, αλλά κυνηγώντας το φως και το διάστημα, πρώτα θα διεισδύσει δειλά πέρα από την ατμόσφαιρα και στη συνέχεια θα κατακτήσει ολόκληρο τον περιηλιακό χώρο».
Η χώρα μας έχει τη μεγάλη τιμή να εκτοξεύσει τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο της Γης στις 4 Οκτωβρίου 1957. Επίσης, για πρώτη φορά στη χώρα μας, στις 12 Απριλίου 1961, πραγματοποιήθηκε πτήση διαστημικού σκάφους με τον κοσμοναύτη Yu.A. Gagarin επί του σκάφους.
Οι πτήσεις αυτές πραγματοποιήθηκαν με πυραύλους σχεδιασμένους από εγχώριους επιστήμονες και μηχανικούς υπό την ηγεσία του S.P. Βασίλισσα. Αμερικανοί επιστήμονες, μηχανικοί και αστροναύτες έχουν κάνει μεγάλη συμβολή στην εξερεύνηση του διαστήματος. Δύο Αμερικανοί αστροναύτες από το πλήρωμα του διαστημικού σκάφους Apollo 11 - ο Neil Armstrong και ο Edwin Aldrin - προσγειώθηκαν στη Σελήνη για πρώτη φορά στις 20 Ιουλίου 1969. Ο άνθρωπος έκανε τα πρώτα του βήματα στο κοσμικό σώμα του ηλιακού συστήματος.
Με την είσοδο του ανθρώπου στο διάστημα, όχι μόνο άνοιξαν οι δυνατότητες εξερεύνησης άλλων πλανητών, αλλά και πραγματικά φανταστικές ευκαιρίες για μελέτη φυσικά φαινόμενακαι τους πόρους της Γης που θα μπορούσε κανείς μόνο να ονειρευτεί. Προέκυψε η κοσμική φυσική ιστορία. Προηγουμένως, ένας γενικός χάρτης της Γης συντάχτηκε λίγο-λίγο, σαν ένα μωσαϊκό πάνελ. Τώρα οι εικόνες από τροχιά που καλύπτουν εκατομμύρια τετραγωνικά χιλιόμετρα σάς επιτρέπουν να επιλέξετε τις πιο ενδιαφέρουσες περιοχές για μελέτη η επιφάνεια της γης, εξοικονομώντας έτσι προσπάθεια και χρήματα Από το διάστημα, οι μεγάλες γεωλογικές δομές διακρίνονται καλύτερα: πλάκες, βαθιά ρήγματα στον φλοιό της γης - τα μέρη όπου είναι πιο πιθανό να εμφανιστούν ορυκτά. Βρέθηκε από το διάστημα νέου τύπουγεωλογικοί σχηματισμοί δακτυλίου δομές παρόμοιες με κρατήρες της Σελήνης και του Άρη,
Στις μέρες μας, τα τροχιακά σύμπλοκα έχουν αναπτύξει τεχνολογίες για την παραγωγή υλικών που δεν μπορούν να παραχθούν στη Γη, αλλά μόνο σε κατάσταση παρατεταμένης έλλειψης βαρύτητας στο διάστημα. Το κόστος αυτών των υλικών (υπερκαθαροί μονοκρυστάλλοι κ.λπ.) είναι κοντά στο κόστος της εκτόξευσης διαστημικών σκαφών.
Βιβλιογραφία
- Φυσική: Μηχανική. 10η τάξη: Σχολικό βιβλίο. για εις βάθος μελέτη της φυσικής / Μ.Μ. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky και άλλοι. Εκδ. G.Ya. Myakiseva. - M.: Bustard, 2002. - 496 σελ.
Οποιοδήποτε πρόβλημα στη μηχανική μπορεί να λυθεί χρησιμοποιώντας τους νόμους του Νεύτωνα. Ωστόσο, η εφαρμογή του νόμου της διατήρησης της ορμής σε πολλές περιπτώσεις απλοποιεί πολύ τη λύση. Ο νόμος της διατήρησης της ορμής έχει μεγάλη σημασία για τη μελέτη της πρόωσης αεριωθουμένων.
Τι είδους κίνηση ονομάζεται αντιδραστική;
Η κίνηση αεριωθουμένων νοείται ως η κίνηση ενός σώματος που συμβαίνει όταν κάποιο μέρος του διαχωρίζεται με μια ορισμένη ταχύτητα σε σχέση με το σώμα, για παράδειγμα, όταν τα προϊόντα καύσης ρέουν έξω από το ακροφύσιο ενός αεροσκάφους αεριωθουμένων. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται η λεγόμενη αντιδραστική δύναμη, που προσδίδει επιτάχυνση στο σώμα.
Η παρατήρηση της κίνησης του πίδακα είναι πολύ απλή. Φουσκώστε την λαστιχένια μπάλα ενός παιδιού και αφήστε την. Η μπάλα θα ανέβει γρήγορα προς τα πάνω (Εικ. 5.4). Η κίνηση, ωστόσο, θα είναι βραχύβια. Η αντιδραστική δύναμη δρα μόνο όσο συνεχίζεται η εκροή αέρα.
Το κύριο χαρακτηριστικό της αντιδραστικής δύναμης είναι ότι εμφανίζεται χωρίς καμία αλληλεπίδραση με εξωτερικά σώματα. Υπάρχει μόνο μια αλληλεπίδραση μεταξύ του πυραύλου και του ρυζιού που ρέει έξω από αυτόν. των σωμάτων αυτών με το έδαφος, το νερό ή τον αέρα.
Όταν τα προϊόντα καύσης καυσίμου ρέουν έξω, λόγω της πίεσης στον θάλαμο καύσης, αποκτούν μια ορισμένη ταχύτητα σε σχέση με τον πύραυλο και, επομένως, μια ορισμένη ορμή. Επομένως, σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ορμής, ο ίδιος ο πύραυλος δέχεται μια ώθηση του ίδιου μεγέθους, αλλά κατευθυνόμενη προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η μάζα του πυραύλου μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ένας πύραυλος σε πτήση είναι ένα σώμα μεταβλητής μάζας. Για τον υπολογισμό της κίνησής του, είναι βολικό να εφαρμοστεί ο νόμος της διατήρησης της ορμής.
Εξίσωση Meshchersky
Ας εξαγάγουμε την εξίσωση κίνησης του πυραύλου και ας βρούμε μια έκφραση για την αντιδραστική δύναμη. Θα υποθέσουμε ότι η ταχύτητα των αερίων που ρέουν έξω από τον πύραυλο σε σχέση με τον πύραυλο είναι σταθερή και ίση με και. Οι εξωτερικές δυνάμεις δεν δρουν στον πύραυλο: βρίσκεται στο διάστημα μακριά από αστέρια και πλανήτες.
Αφήστε κάποια στιγμή η ταχύτητα του πυραύλου σε σχέση με το αδρανειακό σύστημα που σχετίζεται με τα αστέρια να είναι ίση με v
ΕΝΑ)
σι)
Ρύζι. 5.5
(Εικ. 5.5, α), και η μάζα του πυραύλου είναι M. Μετά από ένα σύντομο χρονικό διάστημα At, η μάζα του πυραύλου θα γίνει ίση
μου = Μ -
όπου c είναι η κατανάλωση καυσίμου.
Κατά την ίδια χρονική περίοδο, η ταχύτητα του πυραύλου θα αλλάξει κατά Av και θα γίνει ίση με αυτές = v + Av. Η ταχύτητα εκροής αερίου σε σχέση με το επιλεγμένο αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς είναι ίση με v + th (Εικ. 5.5, β), αφού πριν από την έναρξη της καύσης το καύσιμο είχε την ίδια ταχύτητα με τον πύραυλο.
Ας γράψουμε τον νόμο της διατήρησης της ορμής για το σύστημα πυραύλων-αερίου:
Mv = (M-)