Кальмары — «живые торпеды»
Самый большой интерес представляет, пожалуй, реактивный двигатель, который есть у кальмара. Это животное считается наиболее крупным представителем беспозвоночных, обитающим на больших океанских глубинах. В реактивной навигации кальмары достигли настоящего совершенства. Даже тело этих животных напоминает ракету своими внешними формами. Вернее сказать, это ракета копирует кальмара, так как именно ему принадлежит бесспорное первенство в этом деле. Если нужно передвигаться медленно, животное использует для этого большой ромбовидный плавник, который время от времени изгибается. Если же необходим быстрый бросок, на помощь приходит реактивный двигатель.
Со всех сторон тело моллюска окружает мантия — мышечная ткань. Практически половина всего объема тела животного приходится на объем ее полости. Кальмар использует мантийную полость для движения, засасывая воду внутрь нее. Затем он резко выбрасывает набранную струю воды сквозь узкое сопло. В результате этого он двигается толчками назад с большой скоростью. При этом кальмар складывает все свои 10 щупалец в узел над головой для того, чтобы приобрести обтекаемую форму. В составе сопла есть особый клапан, и мышцы животного могут поворачивать его. Тем самым направление движения меняется.
Устройство ракеты
Если говорить упрощенно, современный ракетоноситель состоит из оболочки и топлива (плюс окислитель). Оболочка содержит полезный груз – космическую капсулу, которая выводится на орбиту Земли. Здесь же находятся приборы для управления и двигатель. Всю остальную полезную площадь ракеты занимает топливо и окислитель, предназначенный для поддержки процесса горения (ведь в космосе кислород отсутствует).
В камере сгорания топливо преобразуется в газ под высоким давлением и очень высоких температурах. Благодаря разности давлений за бортом космического корабля и в камерах сгорания газ устремляется наружу, за счет чего и происходит движение ракеты.
Законы Ньютона в реактивном движении
Инженеры основывают свои разработки на принципах устройства мироздания, впервые подробно описанных в работах выдающегося британского ученого Исаака Ньютона, жившего в конце 17 столетия. Законы Ньютона описывают механизмы гравитации и рассказывают нам о том, что происходит, когда предметы движутся. Они особенно четко объясняют движение тел в пространстве.
Второй закон Ньютона определяет, что сила движущегося предмета зависит от того, сколько материи он вмещает, иными словами, его массы и изменения скорости движения (ускорения). Значит, чтобы создать мощную ракету, необходимо, чтобы она постоянно выпускала большое количество высокоскоростной энергии. Третий закон Ньютона говорит о том, что на каждое действие будет равная по силе, но противоположная реакция — противодействие. Реактивные двигатели в природе и технике подчиняются этим законам. В случае с ракетой сила действия — материя, которая вылетает из выхлопной трубы. Противодействием является толчок ракеты вперед. Именно сила выбросов из нее толкает ракету. В космосе, где ракета практически не имеет веса, даже незначительный толчок от ракетных двигателей способен заставить большой корабль быстро лететь вперед.
Современные реактивные аппараты
С каждым годом авиалайнеры совершенствуются, ведь конструкторы со всего мира работают над тем, чтобы создавать аппараты нового поколения, способные летать со скоростью звука и на сверхзвуковых скоростях. Сейчас существуют лайнеры, способные вмещать большое количество пассажиров и грузов, обладающие огромными размерами и невообразимой скоростью свыше 3000 км/час, военная авиатехника, оборудованная современной боевой экипировкой.
Но среди этого многообразия имеются несколько конструкций реактивных самолетов-рекордсменов:
- Airbus A380 – самый вместительный аппарат, способный принять на своем борту 853 пассажира, что обеспечено двухпалубной конструкцией. Он же по совместительству один из роскошных и дорогостоящих авиалайнеров современности. Самый крупный пассажирский лайнер в воздухе.
- Boeing 747 – более 35 лет считался самым вместительным двухэтажным лайнером и мог перевозить 524 пассажира.
- АН-225 «Мрия» – грузовой летательный аппарат, который может похвастаться грузоподъемностью в 250 тонн.
- LockheedSR-71 – реактивный самолет, достигающий во время полета скорости 3529 км/час.
Авиационные исследования не стоят на месте, потому как реактивные самолеты – это основа стремительно развивающейся современной авиации. Сейчас проектируется несколько западных и российских пилотируемых, пассажирских, беспилотных авиалайнеров с реактивными двигателями, выпуск которых запланирован на ближайшие несколько лет.
К российским инновационным разработкам будущего можно отнести истребитель 5-го поколения ПАК ФА — Т-50, первые экземпляры которого поступят в войска предположительно в конце 2017 или начале 2018 года после испытания нового реактивного двигателя.
Растительный мир
Представителями фауны также используются законы реактивного движения. Большую часть растений, обладающих такими свойствами составляют однолетники и малолетники: колючеплодник, чесночница черешчатая, сердечник недотрога, пикульник двунадрезный, мёрингия трёхжилковая.
Колючеплодник, иначе бешеный огурец, относят к семейству тыквенных. Это растение достигает больших размеров, имеет толстый корень с шершавым стеблем и крупными листьями. Произрастает на территории Средней Азии, Средиземноморья, на Кавказе, довольно распространен на юге России и Украины. Внутри плода в период созревания семян преобразуется в слизь, которая под действием температур начинает бродить и выделять газ. Ближе к созреванию давление внутри плода может достигнуть 8 атмосфер. Тогда при легком прикосновении плод отрывается от основания и семена с жидкостью со скоростью 10 м/с вылетают из плода. Благодаря способности стрелять на 12 м. в длину, растение назвали «дамский пистолет».
Сердечник недотрога — однолетний широко распространённый вид. Встречается, как правило, в тенистых лесах, по берегам вдоль рек. Попав в северо-восточную часть Северной Америки и в Южную Африку, благополучно прижился. Сердечник-недотрога размножается семенами. Семена у сердечника-недотроги мелкие, массой не более 5 мг, которые отбрасываются на расстояние в 90 см. Благодаря такому способу распространения семян, растение и получило свое название.
https://youtube.com/watch?v=oHoc4YaPXCg
Знаменитые ученые
И, конечно же, нельзя не упомянуть тех самых ученых, благодаря которым сейчас мы имеем возможность исследовать безграничные просторы за пределами нашей планеты. В первую очередь хотелось бы отметить людей, которые внесли весомый вклад в развитие разделов науки об импульсе, о законе сохранения импульса и о реактивном движении.
- Рене Декарт – французский математик и физик, впервые описавший явление, при котором «некоторое количество энергии приводит одно тело в движение, а второе теряет его», то есть закон сохранения импульса. Помимо этого, он также открыл непосредственно явление импульса в физике.
- Николай Кибальчич – человек, который впервые в тогдашней Российской империи предложил проекты реактивного двигателя и летательного аппарата для перелетов людей.
- Константин Циолковский – можно сказать, что он является буквально основоположником космонавтики, благодаря его открытиям Российским инженерам и ученым удалось добиться создания двигателя, который мог бы достигать первую космическую скорость для того, чтобы улететь с планеты.
Смотрите видео о том, как можно объяснить реактивное движение.
Благодаря открытиям ученых в области реактивного движения насекомых, животных и растений, человечество не только успешно осваивает космическое пространство, но еще и конструирует новые бытовые приборы, заметно облегчающие нашу жизнь.
Принцип действия реактивного движения в природе и технике
Каким бы сложным не казалось нам данное физическое явление, принцип его работы можно объяснить простейшим опытом, который может провести прямо в домашних условиях абсолютно каждый.
Для этого нам понадобится всего-навсего резиновый надувной шарик, который нужно заполнить воздухом, а затем отпустить. Сила, с которой воздух стремительно выходит из шарика, и заставляет его перемещаться в пространстве. Поскольку воздуха совсем немного, то и эффект простейшей ракеты также будет длиться буквально пару секунд. Но даже за это время можно понаблюдать за процессом и сделать определенные выводы. Главный принцип и закон, по которому и совершаются всевозможные проявления реактивного движения тел, основан на сохранении импульса.
Что такое импульс?
Импульсом тела называется такая векторная физическая величина, равная произведению массы тела на его скорость. Не нужно быть гением, чтобы понять, что главная характеристика в данном понятии – это скорость. Масса всегда будет постоянной, а вот от модуля скорости будет изменяться непосредственно величина импульса, поэтому, чтобы можно было проследить его изменения, необходимо совершить некоторую работу над телом.
Закон сохранения импульса
Не только лишь одно понятие будет точно раскрывать всю суть физического явления. Главным образом, все зависит от ЗСИ – закона сохранения импульса. Именно на него основе и работает реактивное движение тел в природе. Он гласит, что сумма импульсов до взаимодействия равна сумме импульсов после взаимодействия. Ниже будут указаны примеры реактивного движения в природе.
Кто бы мог подумать, но примеров реактивного движения у животных и растений в окружающем нас мире действительно немало. Причем это не какие-то неизвестные простому человеку зверюшки, а вполне себе знакомые жители океанов и даже суши.
Какие животные используют реактивное движение?
Так называемые биологические ракеты – животные, которые перемещаются в пространстве именно за счет реактивного движения, на их примере можно легко собственными глазами проследить тенденции данного физического явления.
Чаще всего этим пользуются жители морей и океанов. Их главный козырь – водная среда. Они могут беспроблемно набрать прямо в себя немного воды, а затем очень старательно ее выплеснуть с такой силой, чтобы струя стала импровизированным ракетным двигателем.
Примеры:
- осьминоги;
- каракатицы;
- кальмары.
Есть и другие жители подводного царства, которые также перемещаются при помощи ЗСИ, однако механизм его действия чуть-чуть меняется. Например, есть ряд организмов, которые перемещаются за счет того, что резко сжимаются всей поверхностью тела/створками раковины, а затем, расслабляясь, движутся вперед.
- морской гребешок;
- медуза.
Растения
Наверняка каждый из нас слышал о таком растении, как бешеный огурец. Его «устройство» для распространения семян удивляет – он буквально выпрыскивает в окружающую среду жидкость с семенами за счет реактивного движения.
А какие еще примеры реактивного движения в технике и природе знаете вы? Делитесь своими знаниями в ! А также смотрите видео о примерах реактивного движения.
Применение реактивного движения
Одна из самых интересных тел при толковании или изучении теоретического материала – области и возможности его применения. Нередко мы думаем, что мы делаем что-то зря и просто так, без какого-то толка и результата. Однако нет, даже на вопрос: «Где используется реактивное движение?» можно найти весомый ответ, ведь его применение действительно огромно и без него были бы невозможны многие процессы или недействительны разработки ученых.
Смотрите видео о реактивном движении.
Применяется это в первую очередь в технических отраслях:
- Ракетостроение.
- Авиация.
- Механизмы для водного транспорта.
Также нередко мы можем проследить примеры реактивного движение как в технике, так и в природе
В первую очередь обращаем внимание на жителей морей и океанов – головоногих моллюсков. Их ярчайшие и известнейшие представители – кальмары, осьминоги и каракатицы
Гораздо реже это можно проследить у растений, и то в период активного распространения семян (чтобы семена распределялись как можно дальше).
Помимо применения реактивного движения в технике, мы сталкиваемся с ним и в быту. При открытии сильногазированных напитков или стрельбе из огнестрельного оружия можно своими глазами проследить за процессом.
Физическое происхождение
Узнав, что же это такое, хочется познакомиться и с природой изучаемой проблемы. Самое прекрасное, что основано оно на одной из самых понятных и несложных тем в физике (как показывает практика, большинство школьников ее понимают) – импульс, закон сохранения импульса в реактивном движении
Сам по себе импульс редко вызывает какие-то затруднения, разве что со знаками, а с таким интересным и необычным примером, как ракета, вообще буквально притягивает к себе все внимание любителей физики
Что же такое импульс? Импульс – это векторная физическая величина, которая показывает произведение массы объекта на его скорость. Что значит «векторная»? Это значит, что она имеет определенное направление, которое нужно учитывать везде, в том числе и при решении задач. Обосновать это можно тем, что масса тела, как правило, является постоянной величиной, а вот скорость – нет. Поэтому определяется импульс в большинстве своем именно скоростью, которая и имеет направление. От него может меняться многое, в частности знак при расчетах. Вопреки мнениям многих, хочется отметить, что неправильная постановка минусов – это грубейшая математическая и физическая ошибка
Стоит обратить внимание на реактивное движение тел и импульс
Закон сохранения импульса – это именно то, из-за чего и происходят такие поистине волшебные явления, как запуск ракеты в космос или полет специального самолета. Гласит он следующее: сумма импульсов объектов до взаимодействия равна сумме импульсов после взаимодействия. Понять его можно на примере движения ракеты.
Пример реактивного движения в природе и технике: ракета
Для большинства из нас ракеты или подобные объекты являются чем-то недосягаемым и невероятно сложным, ведь их строение занимает столько времени и разработок. Но понять принцип их действия под силу каждому.
Ракета состоит из нескольких ступеней, в каждой из которых есть отсек с топливом. И, соответственно, отверстие для выхода газа. При полете сгорает топливо, превращаясь в очень горячий газ с высоким давлением. Из-за разницы данных показателей внутри ракеты и космосом, газ с огромной силой выходит из корабля и заставляет его двигаться вверх. Когда топливо заканчивается, то ступень отпадает, делая массу объекта меньше и увеличивая его импульс, и, конечно, скорость. То есть именно импульс определяет меру перемещения тела.
Где применяется реактивное движение?
Гораздо интереснее рассматривать все изученные явления на конкретных примерах, ведь тогда мы можем воспроизвести картинку в воображении и даже понять, каким именно образом все происходит. Реактивное движение – один из таких случаев. Увидев конкретный пример, можно без труда понять, как именно это происходит.
- кальмар;
- каракатица;
- осьминог;
- медуза;
- бешеный огурец.
Данные живые организмы совершают некоторые процессы жизнедеятельности благодаря обсуждаемому явлению. Животные передвигаются благодаря ему, а вот растение распространяет семена на дальние дистанции.
- реактивный самолет;
- ракета;
- водометные катера и яхты;
- некоторая военная техника;
- огнестрельное оружие.
А какие вы знаете еще примеры реактивного движения в природе? Оставьте сообщение в ! А также смотрите видео о велосипеде на самодельном реактивном двигателе.
Реактивные импульсы нервной «автострады» кальмаров
Во всех, приведённых выше случаях (принципах реактивного движения медуз, гребешков, личинок стрекозы-коромысла), толчки и рывки отделены друг от друга значительными промежутками времени, следовательно большая скорость движения не достигается. Чтобы увеличилась скорость движения, иначе говоря, число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которые возбуждают сокращение мышц, обслуживающих живой реактивный двигатель. Такая большая проводимость возможна при большом диаметре нерва.
Известно, что у кальмаров самые крупные в животном мире нервные волокна. В среднем они достигают в диаметре 1 мм – в 50 раз больше, чем у большинства млекопитающих – и проводят возбуждение они со скоростью 25 м/с. А у трёхметрового кальмара дозидикуса (он обитает у берегов Чили) толщина нервов фантастически велика – 18 мм. Нервы толстые, как верёвки! Сигналы мозга – возбудители сокращений – мчатся по нервной «автостраде» кальмара со скоростью легкового автомобиля – 90 км/ч.
Благодаря кальмарам, исследования жизнедеятельности нервов ещё в начале 20 века стремительно продвинулись вперёд. «И кто знает, – пишет британский натуралист Фрэнк Лейн, – может быть, есть сейчас люди, обязанные кальмару тем, что их нервная система находится в нормальном состоянии…»
Быстроходность и манёвренность кальмара объясняется также прекрасными гидродинамическими формами тела животного, за что кальмара и прозвали «живой торпедой».
Кальмары (Teuthoidea), подотряд головоногих моллюсков отряда десятиногих. Размером обычно 0,25-0,5 м, но некоторые виды являются самыми крупными беспозвоночными животными (кальмары рода Architeuthis достигают 18 м, включая длину щупалец).
Тело у кальмаров удлинённое, заострённое сзади, торпедообразное, что определяет большую скорость их движения как в воде (до 70 км/ч), так и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту до 7 м).
Сообщение 2
Реактивное движение – это механическое явление, один из способов тела передвигаться в пространстве. Оно происходит под действием силы, которая называется реактивной тягой. Причина появления этой силы лежит в таком физическом явлении, как импульс.
Импульс – это одно из свойств, описывающий тело. Он равен произведению массы тела на его скорость
Что не менее важно (этот факт пригодится когда речь пойдет о реактивной тяге), у импульса есть вектор и он всегда направлен одинаково с вектором скорости. Иными словами, импульс направлен по направлению движения тела
Рассмотрим ситуацию, невозможную с точки зрения физики, но весьма наглядно демонстрирующую действие реактивной силы. Имеется однородный шар, брошенный под углом. В какой-то точке его траектории вектор его скорости имеет угол 45 градусов к горизонту. Неожиданно от шара отказывается ровно половина его объема и летит в ровно противоположном сохранении. Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс обеих частей должен быть равен изначальному. Но так как вторая половинка полетела в ровно противоположном направлении, импульс той, что сохранила прежний вектор, должен увеличиться. Если записать формулу этого события, то можно выяснить, что новая скорость будет втрое больше изначальной. Таким образом, тело и стало легче, и увеличило скорость – то есть в целом получила выигрыш в летательных характеристиках по отношению к своему изначальному состоянию.
Здесь мы подходим к определению реактивного движения. Реактивное движение – это такое движение, причиной которого является отделение части массы тела.
Попробуем представить, каким бы был опыт с располовиненным шариком в реальности. На движение “падающего” осколка влияла бы только сила притяжения Земли. В формулу следовало бы добавить cos45 чтобы компенсировать новый угол между векторами. Так как это бы уменьшило прирост скорости, очевидно, что для запусков летательных аппаратов выгоднее чтобы векторы отбрасываемой и ускоряющейся частей были противоположны.
Именно поэтому Реактивное движение используется при запуске ракет и космических аппаратов, которые при взлёте поднимаются практически вертикально. Происходит это так: продукты сгорания топлива, выбрасываемые ракетой, под действием силы тяжести летят вниз, тем самым одновременно ускоряя саму ракету и уменьшая ее вес.
9, 10 класс
Основа истории возникновения реактивного движения
Многих может удивить история открытия реактивного движения, но при изучении этого вопроса все сразу становится простым и понятным. Так, этому явлению очень много лет, оно появилось намного раньше, чем человек. Яркими примерами параллели с этим явлением можно назвать следующих существ:
- медуз;
- осьминогов;
- каракатиц.
Все эти обитатели морей и океанов уже много лет плавают в океане, по такому же принципу, по которому летают современные самолеты и, даже ракеты. На самом деле еще в древнем мире много ученых задумывались над этим понятием, но все же первым, кто о нем написал, был древнегреческий математик Герон. Но, к сожалению, дальше теории он не смог зайти. Далее над этим вопросом стали размышлять следующие нации:
- Китайцы.
- Арабы.
- Европейцы.
Но, именно изобразительные китайцы благодаря изучению принципов движения осьминогов придумали разработку первых ракет. Эти ракеты изначально использовались как обычные фейерверки. Но, уже через некоторое время их стали использовать и для боевых действий, в том числе и как сигнальное оружие.
Но, истинным первооткрывателем этого понятия называют Николая Кибальчина. Этот человек родом из России, он был революционером. Самое удивительное, что собственный проект по созданию реактивного двигателя он создавал, находясь в заключении в царской тюрьме. Незадолго после этого, он был казнен как революционер, а его проект так и остался в стенах тюрьмы. Но, через время его работы были найдены, и дополнил их еще один талантливый ученый К. Циолковский. Этот человек начиная с 1903 года и до 1914 года написал ряд трудов, где он доказал возможность применения данного понятия для создания космических кораблей. До — сих пор придумывают множество мнений и теорий касательно реактивного движения и его применения.
Смотрите видео о том, что такое реактивное движение и какой принцип его действия.
С чего все начиналось?
Всегда интересно узнать что-нибудь новое из истории происхождения того или иного явления, ведь так мы можем лучше понять ход мысли человека, которому удалось «приручить» законы науки. Теория реактивного движения не появилась просто так и не упала ученому на голову – это происходило в течение долгого времени вследствие тщательных наблюдений и даже опытов.
Смотрите видео о реактивном движении в физике.
Началось все с того, что люди могли замечать необычный способ перемещения некоторых головоногих моллюсков в пространстве. Всевозможные:
- Кальмары.
- Каракатицы.
- Осьминоги
И по сей день являются прекраснейшим примером реактивного движения в природе.
После полученных из наблюдений знаний началось производство простейших оружий, основанных именно на принципе данного физического явления. В первую очередь это всевозможные «трубочки», при помощи которых можно было с легкостью пускать отравленные стрелы, либо же всевозможные приспособления, при помощи которых подавались сигналы. Этакий прототип современных сигнальных ракет.
Просто и интересно о реактивном движении
Сперва всегда хочется узнать, на чем же именно основано данное явление, какие законы физики подключены к тому или иному процессу и каким образом все это происходит. На самом деле все гораздо проще, чем могло бы показаться, и главное, на чем буквально стоит реактивное движение – импульс и закон сохранения импульса. Это именно то, что определяет практически все физические особенности данного явления.
Дело в том, что, как правило, определение импульса представлено буквально его формулой, то есть импульс – это произведение его массы на скорость. Не нужно быть гением, чтобы понять, что масса – постоянная величина, поэтому основной «двигающей» силой импульса является именно скорость тела. Поэтому это и является векторной физической силой, имеющей строго определенное направление и особенности, которые нельзя не учитывать при решении физических задач.
Что касается закона сохранения импульса, то он также очень прост: сумма импульсов до взаимодействия равняется их сумме после взаимодействия. Все очень просто и понятно. Отсюда можно сделать вывод, что импульс не берет ничего извне – все должно быть при нем, никакие другие силы не могут определять его величину. Это уже немного интереснее.
Строение ракеты
Одно их главных значений реактивного движения – ракеты. Благодаря ему мы имеем возможность изучать безграничное космическое пространство, изучать все неизведанное и пополнять багаж человеческих знаний.
Ракета состоит из нескольких ступеней, которые в процессе полета буквально отпадают от нее, за счет этого она теряет свою массу и увеличивает импульс, который и позволяет совершать дальнейшее движение.
- космический корабль;
- приборный отсек;
- бак с окислителем;
- бак с горючим;
- насосы;
- камера сгорания;
- сопло.
Принцип движения ракеты очень прост – топливо при сгорании превращается в очень горячий газ с крайне высоким давлением, а из-за разности этих двух показателей внутри ракеты и в космическом пространстве появляется струя такой силы, которая позволяет кораблю двигаться прямо в космосе. В этом и заключается основная характеристика механического движения. В процессе полета топливо будет расходоваться, поэтому, после его использования, так или иная ступень начинает отделяться от корпуса, тем самым помогая ему развить скорость и увеличить импульс.
Простейшие примеры реактивного движения в физике
И, конечно же, нельзя не обсудить простейшие примеры движения в физике. Опыт, который сможет сделать абсолютно каждый, не имя должной сноровки, — опыт с воздушным шариком.
Все, что нам понадобится, — непосредственно сам шарик. Его нужно надуть как можно сильнее, а затем отпустить. Здесь опять работает принцип разности давлений, при котором воздух из замкнутого шарика будет стремительно выходить наружу во внешнее пространство. Таким образом, произойдет нормализация давления.
А какие примеры реактивного движения в природе или технике знаете вы? Оставьте свое сообщение в ! А также смотрите видео о значении реактивного движения.
Где используется реактивное движение?
Очень часто мы можем слышать словосочетание «реактивное движение». Вроде бы эти слова так знакомы и близки, а вроде и не можешь понять, где именно может использоваться данное явление. Но человеку подвластно практически все, физика не является исключением. В качестве основной направленности выделяется именно связь между реактивным движением и ракетой. Как таковая ракета могла бы и не существовать, если бы однажды ученые не смогли связать это физическое явление с целями по покорению космоса нашего государства того времени.
Помимо ракетных двигателей, человек научился применять особенности реактивного движения и в других отраслях технической промышленности. В первую очередь это смежные со строительством ракет направления. Например, конструирование реактивных самолетов, катеров с водометным двигателем, а также некоторые виды военной техники. Помимо всего прочего, данное явление частенько возникает и в нашей повседневной жизни. Мы можем этого не замечать или не предавать этому внимания, но, к примеру, когда мы открываем газировку или шампанское, сила, с которой буквально «выскакивает» пробка из бутылки, и является производной реактивного движения.
