Фізика. Повторне видання. 9 клас. Засєкіна

§ 49. Реактивний рух. Фізичні основи ракетної техніки

Ви дізнаєтесь

• Як літають ракети в космос

Пригадайте

• Закон збереження імпульсу

Реактивний рух. Ми вже знаємо, швидкість тіла (відносно інерціальної системи відліку) може змінюватися тільки в результаті дії на це тіло інших тіл. Наприклад, автомобіль розганяється завдяки тому, що його колеса, обертаючись, «відштовхуються» від дороги. А от від чого можна відштовхнутись, якщо навколо нічого немає — як для ракети у відкритому космосі? Що зумовлює рух гармати при пострілі?

Очевидно, у таких замкнених системах повинні відбуватися певні взаємодії, що й зумовлюють зміну механічного стану тіл, які її утворюють.

Наприклад, розглянемо гумову кульку, наповнену газом, що лежить на столі. Її можна вважати замкненою системою, оскільки сили, що на неї діють, взаємно компенсуються. Газ і гумова оболонка взаємодіють між собою, але ця взаємодія не зумовлює зміни механічного стану системи.

Якщо ж у кульці зробити отвір, через який газ виходитиме назовні, вона почне рухатись у напрямку, протилежному напрямку витікання газу (мал. 239, а). Газ і гумова оболонка відштовхуються один від одної — що й зумовлює рух. Подібне спостерігається і при пострілі з гармати: штовхаючи ядро, гармата й сама відчуває поштовх ядра (мал. 239, б).

Мал. 239. Приклади реактивного руху

Наведені приклади руху називають реактивним рухом.

Реактивний рух виникає завдяки викиданню частини маси тіла з деякою швидкістю. При цьому частина, що залишилась, набуває швидкості у протилежному напрямку.

Фізичні основи ракетної техніки. Практичне застосування реактивний рух знайшов у реактивних видах транспорту (космічних ракетах, реактивних літаках). У головній частині ракети 1 розташована кабіна космонавтів і прилади (мал. 240, с. 233). На початку польоту маса цієї частини становить усього кілька відсотків від загальної маси ракети. Основна ж маса та об’єм ракети на початку польоту припадає на запас пального. У баках міститься пальне 2 та окиснювач 3, які через форсунки потрапляють у камеру згорання. За високої температури й великого тиску в камері згорання пальне перетворюється на газ (продукт згорання). Продукти згорання викидаються через сопла. Під час викидання продуктів згорання й утворюється реактивна тяга, що рухає транспортний засіб.

Мал. 240. Будова космічної ракети

Освоєння космічного простору. Світовий простір, який оточує Землю, називають грецьким словом космос. Космос із давніх-давен привертав до себе увагу людей, які спочатку прагнули лише піднятися в повітря, щоб оглянути Землю з висоти пташиного польоту. Коли ж люди навчилися літати й ця мрія здійснилася, постала проблема польоту за межі атмосфери, у космос. Він приваблював не тільки своєю загадковістю, а й новими можливостями для діяльності людини. В умовах космічного вакууму можна забезпечити тривалий час руху космічного апарата без витрати пального. Перші ракети, що були використані для подолання сили земного тяжіння і виведення на орбіту Землі першого штучного супутника та польоту першого космонавта, розроблялися під керівництвом нашого співвітчизника С. П. Корольова (мал. 241, а). Одні з перших рідинних реактивних двигунів були розроблені під керівництвом українського й радянського вченого, академіка В. П. Глушка (мал. 241, б). Реактивні двигуни його конструкції (мал. 241, в) забезпечували надійну роботу перших космічних апаратів.

Мал. 241. С. П. Корольов (а), В. П. Глушко (б), реактивний двигун конструкції В. П. Глушка (в)

Найважливіші етапи освоєння космосу

• 1957 р. під керівництвом С. П. Корольова створено першу у світі міжконтинентальну балістичну ракету Р-7, яка того ж року була використана для запуску першого у світі штучного супутника Землі.

• 4 жовтня 1957 р. — запущено перший штучний супутник Землі «Супутник-1» (СРСР).

• 3 листопада 1957 р. — запущено другий штучний супутник Землі «Супутник-2», який уперше вивів у космос живу істоту — собаку Лайку (СРСР).

• 4 жовтня 1959 р. — запущено АМС «Луна-3», яка вперше у світі сфотографувала невидимий із Землі бік Місяця. Також під час польоту вперше у світі було на практиці здійснено гравітаційний маневр (СРСР).

• 12 квітня 1961 р. — здійснено перший політ людини в космос (Ю. Гагарін) на кораблі «Восток-1» (СРСР).

• 16 червня 1963 р. — здійснено перший у світі політ у космос жінки-космонавта (Валентина Терешкова) на космічному кораблі «Восток-6» (СРСР).

• 18 березня 1965 р. — здійснено перший в історії вихід людини у відкритий космос. Космонавт Олексій Леонов здійснив вихід у відкритий космос із корабля «Восход-2» (СРСР).

• 3 лютого 1966 р. — АМС «Луна-9» здійснила першу у світі м’яку посадку на поверхню Місяця, були передані панорамні знімки Місяця (СРСР).

• 21 липня 1969 р. — перша висадка людини на Місяць (Н. Армстронг) в рамках місячної експедиції корабля «Аполлон-11», що доставив на Землю, серед іншого, й перші проби місячного ґрунту (США).

• 17 листопада 1970 р. — м’яка посадка на Місяць і початок роботи першого у світі напівавтоматичного самохідного апарата, дистанційно керованого із Землі, — «Луноход-1» (СРСР).

• У 1997 р. відбувся політ першого космонавта-дослідника незалежної України Леоніда Каденюка в складі екіпажу американського космічного корабля «Колумбія».

• 30 вересня 2016 р. завершено 12-річну місію космічного апарата «Розетта», який досліджував комету Чурюмова — Герасименко.

Підбиваємо підсумки

• Реактивний рух є проявом закону збереження імпульсу. Система, що здійснює реактивний рух, не потребує взаємодії з іншими тілами, крім тих, що входять до неї, тому вона забезпечує можливість переміщення у вакуумі.

• Освоєння космосу розпочалось 4 жовтня 1957 р. із запуском першого штучного супутника Землі «Супутник-1» (СРСР).

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

• 1. Яка важлива особливість реактивного руху забезпечує його широке використання в сучасній техніці?
• 2. Які основні складові космічної ракети?
• 3. Для прискорення потрібна дія сили, а сила пов’язана з дією одного тіла на інше. Чому ж прискорюється ракета в космічному просторі, де навколо немає інших тіл?
• 4. Назвіть основні етапи освоєння космосу. Для чого досліджується космос? Які головні напрями дослідження космосу?
• 5. Під час запуску моделі ракети масою 250 г з неї вийшло майже миттєво 50 г стиснутого повітря зі швидкістю 2 м/с. Визначте швидкість, з якою рухатиметься ракета.
• 6. Куля вилітає з рушниці в горизонтальному напрямку зі швидкістю v = 800 м/с. Яка є швидкість рушниці при віддачі, якщо її маса в 400 разів більша, ніж маса кулі?