Beispiele für Strahlantriebe im Tierreich. Reaktive Bewegung in Natur und Technik

Reaktivität und Bewegung damit ist ein ziemlich weit verbreitetes Phänomen in der Natur. Nun, Wissenschaftler und Erfinder haben es "ausspioniert" und es in ihren technische Entwicklungen... Beispiele für Strahlantriebe sind überall zu sehen. Oftmals achten wir selbst nicht darauf, dass sich dieses oder jenes Objekt – ein Lebewesen, ein technischer Mechanismus – mit Hilfe dieses Phänomens bewegt.

Was ist Jetantrieb?

In der belebten Natur ist Reaktivität eine Bewegung, die auftreten kann, wenn ein Teilchen es mit einer bestimmten Geschwindigkeit vom Körper trennt. In der Technik verwendet ein Düsentriebwerk das gleiche Prinzip - das Gesetz der Impulserhaltung. Beispiele für den Düsenantrieb der Technologie: In einer Rakete, die aus einer Hülle (die auch ein Triebwerk, Steuergeräte, Nutzfläche für die Bewegung von Lasten umfasst) und Kraftstoff mit einem Oxidationsmittel besteht, verbrennt der Kraftstoff und verwandelt sich in Gase, die nach außen ausgestoßen werden Düsen in einem starken Strahl, wodurch die gesamte Struktur in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird.

Beispiele für Jetantrieb in der Natur

Nicht wenige Lebewesen nutzen dieses Bewegungsprinzip. Es ist typisch für die Larven einiger Libellenarten, Quallen, Weichtiere - Jakobsmuscheln, Tintenfische, Tintenfische, Tintenfische. Und in Flora- die Flora der Erde - es gibt auch Arten, die dieses Phänomen zur Besamung nutzen.

"Spritzgurke"

Flora liefert Beispiele für Strahlantriebe. Nur durch äußeres Erscheinungsbild Diese Pflanze mit einem seltsamen Spitznamen ähnelt den Gurken, an die wir gewöhnt sind. Und den Beinamen "wahnsinnig" erhielt sie wegen der nicht ganz geläufigen Art, ihre Samen zu verbreiten. Beim Reifen prallen die Früchte der Pflanze von den Stielen ab. Das Ergebnis ist ein Loch, durch das die Gurke durch Reaktivität Flüssigkeit mit sich vermehrenden Samen herausschießt. Und die Frucht selbst kann in einer Entfernung von bis zu 12 Metern entgegen der Schussrichtung abfliegen.

Wie bewegt sich der Tintenfisch?

Beispiele für Strahlantriebe sind in der Fauna ziemlich gut vertreten. Tintenfisch ist eine Kopffüßermolluske, die einen speziellen Trichter hat, der sich an der Vorderseite des Körpers befindet. Durch ihn (und auch durch einen zusätzlichen seitlichen Schlitz) gelangt Wasser in den Körper des Tieres, in die Kiemenhöhle. Dann wird die Flüssigkeit schlagartig durch den Trichter herausgeschleudert und der Tintenfisch kann ein spezielles Rohr zur Seite oder zurück lenken. Die resultierende Gegenkraft sorgt für eine Bewegung in verschiedene Richtungen.

Salpa

Diese Tiere aus der Familie der Manteltiere sind markante Beispiele für den Düsenantrieb in der Natur. Sie haben durchscheinende zylindrische Körper. kleine Größe und lebe in Oberflächengewässer des Weltozeans. Bei der Bewegung saugt das Tier Wasser durch ein Loch an der Vorderseite des Körpers. Die Flüssigkeit wird in eine weite Höhle seines Körpers gegeben, in der sich die Kiemen diagonal befinden. Die Salpa nimmt einen Schluck Wasser und gleichzeitig wird das Loch fest verschlossen und die Muskeln des Körpers - quer und längs - ziehen sich zusammen. Dadurch wird der gesamte Körper der Salpa komprimiert und das Wasser wird scharf von der hinteren Öffnung weggedrückt. So nutzen Salpen das Prinzip der Reaktivität in ihrer Bewegung im Wasserelement.

Quallen, Weichtiere, Plankton

Es gibt immer noch Bewohner im Meer, die sich bewegen Auf eine ähnliche Art und Weise... Jeder, zumindest einmal, wurde beim Entspannen an der Küste im Wasser begrüßt Verschiedene Arten Qualle. Aber sie bewegen sich auch durch Reaktivität. Meeresplankton, genauer gesagt einige seiner Arten, Weichtiere und Jakobsmuscheln - sie alle bewegen sich so.

Beispiele für Strahlantriebe von Körpern. Tintenfisch

Der Tintenfisch hat eine einzigartige Körperstruktur. Tatsächlich ist ein leistungsstarkes Strahltriebwerk mit hervorragender Effizienz von Natur aus in seine Struktur gelegt. Dieser Vertreter der Fauna der Meere und Ozeane lebt manchmal in großen Tiefen und erreicht enorme Größen. Sogar der Körper eines Tieres ähnelt in seinen Formen einer Rakete. Genauer gesagt ist dies eine moderne Rakete, die von Wissenschaftlern erfunden wurde und die Formen von Tintenfischen nachahmt, die von der Natur geschaffen wurden. Außerdem wird eine Flosse für gemächliche Bewegungen in der aquatischen Umgebung verwendet, aber wenn ein Ruck erforderlich ist, dann gilt das Prinzip der Reaktivität!

Wenn Sie gefragt werden: Geben Sie Beispiele für den Düsenantrieb in der Natur, dann können wir zunächst über diese Molluske sprechen. Sein muskulöser Mantel umgibt die Körperhöhle. Dort wird von außen Wasser angesaugt und dann ziemlich schlagartig durch eine schmale Düse (ähnlich einer Raketendüse) herausgeschleudert. Ergebnis: Der Tintenfisch zuckt nach hinten. Diese Funktion ermöglicht es dem Tier, sich mit ziemlich hoher Geschwindigkeit zu bewegen, seine Beute zu überholen oder der Verfolgung auszuweichen. Es kann eine Geschwindigkeit entwickeln, die einem gut ausgestatteten modernen Schiff entspricht: bis zu 70 Stundenkilometer. Und einige Wissenschaftler, die das Phänomen im Detail untersuchen, sprechen von einer Geschwindigkeit von 150 km / h! Darüber hinaus hat dieser Vertreter des Ozeans eine gute Manövrierfähigkeit aufgrund der zu einem Bündel gefalteten Tentakel, die sich bei der Bewegung in die richtige Richtung biegen.

Fragen.

1. Erklären Sie anhand des Impulserhaltungssatzes, warum Luftballon bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung, wobei ein Druckluftstrahl aus ihm austritt.

2. Geben Sie Beispiele für die Strahlbewegung von Körpern.

In der Natur ist ein Beispiel der Düsenantrieb bei Pflanzen: reife Früchte einer verrückten Gurke; und Tiere: Tintenfische, Tintenfische, Quallen, Tintenfische usw. (Tiere bewegen sich und werfen das von ihnen aufgenommene Wasser aus). In der Technik ist das einfachste Beispiel für Strahlantriebe Segner-Rad, mehr komplexe Beispiele sind: die Bewegung von Raketen (Weltraum, Schießpulver, Militär), Wasserfahrzeuge mit Wasserstrahltriebwerk (Hydromotorräder, Boote, Motorschiffe), Luftfahrzeuge mit Luftstrahltriebwerk (Düsenflugzeuge).

3. Was ist der Zweck der Raketen?

Raketen werden in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Technik eingesetzt: in militärischen Angelegenheiten, in wissenschaftliche Forschung, in der Raumfahrt, in Sport und Unterhaltung.

4. Listen Sie unter Bezugnahme auf Abbildung 45 die Hauptteile einer Weltraumrakete auf.

Raumfahrzeug, Instrumentenraum, Oxidationsmitteltank, Treibstofftank, Pumpen, Brennkammer, Düse.

5. Beschreiben Sie das Prinzip der Rakete.

Gemäß dem Impulserhaltungssatz fliegt die Rakete aufgrund der Tatsache, dass Gase mit einem bestimmten Impuls mit hoher Geschwindigkeit aus ihr ausgestoßen werden und der Rakete ein Impuls der gleichen Größe, jedoch entgegengesetzt gerichtet, verliehen wird Richtung. Die Gase werden durch die Düse ausgestoßen, in der der Kraftstoff verbrennt und erreicht hohe Temperatur und Druck. Die Düse erhält Brennstoff und Oxidationsmittel, die von Pumpen hineingepumpt werden.

6. Was bestimmt die Geschwindigkeit der Rakete?

Die Geschwindigkeit der Rakete hängt in erster Linie von der Geschwindigkeit des Ausströmens von Gasen und der Masse der Rakete ab. Die Durchflussmenge der Gase hängt von der Art des Brennstoffs und der Art des Oxidationsmittels ab. Die Masse einer Rakete hängt zum Beispiel davon ab, welche Geschwindigkeit sie ihr mitteilen möchte oder wie weit sie fliegen soll.

7. Was ist der Vorteil von mehrstufigen Flugkörpern gegenüber einstufigen Flugkörpern?

Mehrstufige Raketen sind in der Lage, hohe Geschwindigkeiten zu entwickeln und weiter zu fliegen als einstufige Raketen.

8. Wie erfolgt die Landung des Raumfahrzeugs?

Die Landung des Raumfahrzeugs erfolgt so, dass seine Geschwindigkeit bei Annäherung an die Oberfläche abnimmt. Dies wird durch die Verwendung eines Bremssystems erreicht, das entweder ein Fallschirmbremssystem sein kann oder das Bremsen mit einem Raketentriebwerk durchgeführt werden kann, während die Düse nach unten gerichtet ist (in Richtung Erde, Mond usw.), wodurch die Geschwindigkeit erlischt.

Übungen.

1. Von einem Boot, das sich mit einer Geschwindigkeit von 2 m / s bewegt, wirft eine Person ein 5 kg schweres Ruder mit horizontale Geschwindigkeit 8 m / s ist der Bewegung des Bootes entgegengesetzt. Mit welcher Geschwindigkeit begann sich das Boot nach dem Wurf zu bewegen, wenn seine Masse zusammen mit der Masse einer Person 200 kg beträgt?

2. Welche Geschwindigkeit wird das Raketenmodell erreichen, wenn die Masse seiner Granate 300 g beträgt, die Masse des Schießpulvers darin 100 g beträgt und die Gase mit einer Geschwindigkeit von 100 m / s aus der Düse ausgestoßen werden? (Betrachten Sie den momentanen Gasfluss aus der Düse).

3. Auf welchen Geräten und wie wird das in Abbildung 47 gezeigte Experiment durchgeführt? Welches physikalische Phänomen wird in diesem Fall demonstriert, was ist das und welches physikalische Gesetz liegt diesem Phänomen zugrunde?
Notiz: der Gummischlauch wurde vertikal positioniert, bis Wasser durch ihn geleitet wurde.

Auf dem Stativ wurde ein Trichter mit einer Halterung mit einem daran befestigten Gummischlauch von unten mit einer gebogenen Düse am Ende befestigt und ein Tablett darunter platziert. Dann wurde von oben Wasser aus dem Behälter in den Trichter gegossen, während das Wasser aus dem Röhrchen in die Schale gegossen wurde und das Röhrchen selbst aus einer vertikalen Position verschoben wurde. Diese Erfahrung dient zur Veranschaulichung des Strahlantriebs auf der Grundlage des Impulserhaltungssatzes.

4. Führen Sie das in Abbildung 47 gezeigte Experiment durch. Wenn der Gummischlauch so weit wie möglich von der Vertikalen abweicht, hören Sie auf, Wasser in den Trichter zu gießen. Beobachten Sie während des Ausfließens des im Rohr verbliebenen Wassers, wie sich die folgenden Änderungen ändern: a) die Flugweite des Wassers im Strahl (relativ zum Loch im Glasrohr); b) die Position des Gummischlauchs. Erklären Sie beide Änderungen.

a) die Flugreichweite des Wassers im Strahl nimmt ab; b) Wenn das Wasser ausströmt, nähert sich das Rohr der horizontalen Position. Diese Phänomene sind darauf zurückzuführen, dass der Wasserdruck im Rohr abnimmt und damit der Impuls, mit dem das Wasser ausgestoßen wird.

Für viele Menschen ist das Konzept des "Jet-Antriebs" stark mit modernen Errungenschaften der Wissenschaft und Technik, insbesondere der Physik, verbunden, und Bilder von Düsenflugzeugen oder sogar Raumschiffen, die mit den berüchtigten Düsentriebwerken mit Überschallgeschwindigkeit fliegen, erscheinen in ihren Köpfen. Tatsächlich ist das Phänomen des Düsenantriebs viel älter als der Mensch selbst, denn es erschien lange vor uns Menschen. Ja, der Düsenantrieb ist in der Natur aktiv vertreten: Quallen und Tintenfische schwimmen seit Jahrmillionen in den Tiefen des Meeres nach dem gleichen Prinzip, nach dem heute moderne Überschallstrahlflugzeuge fliegen.

Geschichte des Strahlantriebs

Seit der Antike haben verschiedene Wissenschaftler die Phänomene des Düsenantriebs in der Natur beobachtet, so schrieb der antike griechische Mathematiker und Mechaniker Heron früher als jeder andere über ihn, ging jedoch nie über die Theorie hinaus.

Wenn wir über die praktische Anwendung des Düsenantriebs sprechen, waren die ersten hier die erfinderischen Chinesen. Um das 13. Jahrhundert vermuteten sie, das Bewegungsprinzip von Kraken und Tintenfischen zu übernehmen, als sie die ersten Raketen erfanden, die sie sowohl für Feuerwerkskörper als auch für militärische Operationen (als Kampf- und Signalwaffe) einsetzten. Wenig später wurde diese nützliche Erfindung der Chinesen von den Arabern und von ihnen bereits von den Europäern übernommen.

Natürlich hatten die ersten bedingten Raketenraketen ein relativ primitives Design und entwickelten sich mehrere Jahrhunderte lang praktisch in keiner Weise, es schien, dass die Geschichte der Entwicklung des Düsenantriebs zum Stillstand gekommen war. Ein Durchbruch in dieser Angelegenheit gelang erst im 19. Jahrhundert.

Wer hat den Jetantrieb entdeckt?

Vielleicht können die Lorbeeren des Entdeckers des Düsenantriebs in der "neuen Zeit" Nikolai Kibalchich, nicht nur einem talentierten russischen Erfinder, sondern auch einer revolutionären Narodnaya Volya, verliehen werden. Sein Projekt eines Düsentriebwerks und eines Flugzeugs für Menschen entwarf er, während er in einem zaristischen Gefängnis saß. Später wurde Kibalchich wegen seiner revolutionären Aktivitäten hingerichtet, und sein Projekt verstaubte in den Regalen der Archive der zaristischen Geheimpolizei.

Später wurden Kibalchichs Werke in dieser Richtung entdeckt und durch die Werke eines anderen talentierten Wissenschaftlers, K. E. Tsiolkovsky, ergänzt. Von 1903 bis 1914 veröffentlichte er eine Reihe von Arbeiten, in denen er die Möglichkeit des Einsatzes von Düsenantrieben bei der Konstruktion von Raumschiffen für die Erforschung des Weltraums überzeugend bewies. Er entwickelte auch das Prinzip der Verwendung von mehrstufigen Raketen. Bis heute werden viele Ideen von Tsiolkovsky in der Raketentechnik verwendet.

Beispiele für Jetantrieb in der Natur

Sicherlich haben Sie beim Schwimmen im Meer Quallen gesehen, aber Sie haben kaum gedacht, dass sich diese erstaunlichen (und zudem langsamen) Kreaturen präzise mit Hilfe des Düsenantriebs bewegen. Durch das Schrumpfen ihrer durchsichtigen Kuppel drücken sie nämlich Wasser heraus, das den Quallen als eine Art "Düsentriebwerk" dient.

Auch der Tintenfisch hat einen ähnlichen Bewegungsmechanismus - durch einen speziellen Trichter vor dem Körper und durch den seitlichen Schlitz zieht er Wasser in seine Kiemenhöhle und wirft es dann durch den Trichter kräftig nach hinten oder seitlich (je nach die Bewegungsrichtung des gewünschten Tintenfisches).

Aber das interessanteste von der Natur geschaffene Düsentriebwerk ist in Tintenfischen zu finden, die zu Recht als "lebende Torpedos" bezeichnet werden können. Tatsächlich ähnelt sogar der Körper dieser Tiere in seiner Form einer Rakete, obwohl in Wahrheit alles genau das Gegenteil ist - es ist eine Rakete, die mit ihrem Design den Körper eines Tintenfisches nachahmt.

Wenn der Tintenfisch einen schnellen Wurf machen muss, nutzt er sein Naturstrahltriebwerk. Sein Körper ist von einem Mantel, einem speziellen Muskelgewebe, umgeben, und die Hälfte des Volumens des gesamten Tintenfischs fällt auf die Mantelhöhle, in die er Wasser saugt. Dann wirft er den aufgefangenen Wasserstrahl abrupt durch eine schmale Düse aus, während er alle seine zehn Tentakel über den Kopf faltet, um eine stromlinienförmige Form zu erhalten. Dank dieser fortschrittlichen Jet-Navigation können Tintenfische beeindruckende Geschwindigkeiten von 60-70 km pro Stunde erreichen.

Unter den Besitzern eines Strahltriebwerks in der Natur gibt es Pflanzen, nämlich die sogenannte "Wahnsinnsgurke". Wenn seine Früchte reifen, schießt er als Reaktion auf die leichteste Berührung Gluten mit Samen aus

Gesetz zum Jetantrieb

Tintenfische, "wahnsinnige Gurken", Quallen und andere Tintenfische verwenden seit der Antike den Düsenantrieb, ohne über das physikalische Wesen nachzudenken, aber wir werden versuchen herauszufinden, was das Wesen des Düsenantriebs ist, welche Art von Bewegung als reaktiv bezeichnet wird, und geben Sie ihm eine Definition.

Für den Anfang können Sie zurückgreifen auf einfache Erfahrung- Wenn ein gewöhnlicher Ballon mit Luft aufgeblasen wird und ihn, ohne ihn zu binden, fliegen lässt, fliegt er schnell, bis ihm die Luft ausgeht. Dieses Phänomen wird durch das dritte Newtonsche Gesetz erklärt, das besagt, dass zwei Körper mit Kräften gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung interagieren.

Das heißt, die Kraft des Aufpralls des Balls auf die aus ihm entweichenden Luftströme ist gleich der Kraft, mit der die Luft den Ball von sich wegdrückt. Eine Rakete funktioniert ähnlich wie eine Kugel, die bei hoher Geschwindigkeit einen Teil ihrer Masse ausstößt, während sie eine starke Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung erhält.

Das Gesetz von Impulserhaltung und Strahlantrieb

Physik erklärt den Vorgang des Strahlantriebs. Der Impuls ist das Produkt der Körpermasse mit seiner Geschwindigkeit (mv). Wenn eine Rakete ruht, sind ihr Impuls und ihre Geschwindigkeit null. Wenn ein Strahl davon ausgestoßen wird, sollte der Rest nach dem Impulserhaltungssatz eine solche Geschwindigkeit erreichen, bei der der Gesamtimpuls noch gleich Null ist.

Jet-Antriebsformel

Allgemein lässt sich der Strahlantrieb durch die folgende Formel beschreiben:
msvs + mpvp = 0
msvs = -mpvp

wobei m s v s der vom Gasstrahl erzeugte Impuls ist, m p v p der von der Rakete empfangene Impuls.

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Bewegungsrichtung der Rakete und die Kraft der Strahlbewegung des Strahls entgegengesetzt sind.

Strahlantrieb in der Technik - das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks

V Moderne Technologie Jetantrieb spielt sehr wichtige Rolle, also Triebwerke treiben Flugzeuge, Raumschiffe an. Die tatsächliche Konstruktion eines Strahltriebwerks kann je nach Größe und Verwendungszweck unterschiedlich sein. Aber so oder so hat jeder von ihnen

Kraftstoffversorgung,
Kammer für Kraftstoffverbrennung,
Düse, deren Aufgabe es ist, den Strahlstrom zu beschleunigen.

So sieht ein Düsentriebwerk aus.

Jetantrieb, Video

Und zum Schluss noch ein unterhaltsames Video über physikalische Experimente mit Düsenantrieb.

Für die meisten Menschen wird der Begriff "Jet-Antrieb" in Form von modernen Fortschritten in Wissenschaft und Technik, insbesondere im Bereich der Physik, präsentiert. Viele Leute verbinden Jetantrieb in der Technologie mit Raumschiffe, Satelliten und Düsenflugzeuge. Es stellt sich heraus, dass das Phänomen des Düsenantriebs viel früher als die Person selbst und unabhängig von ihr existierte. Die Menschen haben es nur geschafft, das zu verstehen, zu nutzen und zu entwickeln, was den Gesetzen der Natur und des Universums unterliegt.

Was ist Jetantrieb?

Auf Englische Sprache Das Wort "Jet" klingt wie "Jet". Darunter versteht man die Bewegung eines Körpers, der beim Trennen eines Teils mit einer bestimmten Geschwindigkeit entsteht. Es tritt eine Kraft auf, die den Körper nach innen bewegt Rückseite aus der Bewegungsrichtung und trennt ein Teil davon. Jedes Mal, wenn Materie aus dem Objekt herausgezogen wird und sich das Objekt in die entgegengesetzte Richtung bewegt, gibt es eine reaktive Bewegung. Um Objekte in die Luft zu heben, müssen Ingenieure einen leistungsstarken Raketenwerfer entwickeln. Durch die Freisetzung von Flammenstrahlen heben die Raketentriebwerke es in die Erdumlaufbahn. Manchmal starten Raketen Satelliten und Raumsonden.

Bei Verkehrsflugzeugen und Militärflugzeugen erinnert ihr Funktionsprinzip ein wenig an eine abhebende Rakete: Der physische Körper reagiert auf den ausgestoßenen starken Gasstrahl und bewegt sich dadurch in die entgegengesetzte Richtung. Dies ist das Grundprinzip von Düsenflugzeugen.

Newtonsche Gesetze im Düsenantrieb

Ingenieure basieren ihre Entwicklungen auf den Prinzipien des Universums, die erstmals in den Werken des herausragenden britischen Wissenschaftlers Isaac Newton, der Ende des 17. Jahrhunderts lebte, ausführlich beschrieben wurden. Newtons Gesetze beschreiben die Mechanismen der Schwerkraft und sagen uns, was passiert, wenn sich Dinge bewegen. Sie erklären besonders deutlich die Bewegung von Körpern im Raum.

Das zweite Newtonsche Gesetz bestimmt, dass die Kraft eines sich bewegenden Objekts davon abhängt, wie viel Materie es enthält, also von seiner Masse und der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit (Beschleunigung). Das heißt, um eine starke Rakete zu bauen, ist es notwendig, dass sie ständig feuert große Menge Hochgeschwindigkeitsenergie. Newtons drittes Gesetz besagt, dass es für jede Aktion eine gleiche Kraft gibt, aber die entgegengesetzte Reaktion ist Opposition. Strahltriebwerke in Natur und Technik gehorchen diesen Gesetzen. Im Falle einer Rakete ist die Wirkungskraft Materie, die aus dem Auspuffrohr herausgeschleudert wird. Die Gegenmaßnahme besteht darin, die Rakete nach vorne zu schieben. Es ist die Kraft der Emissionen, die die Rakete antreibt. Im Weltraum, wo die Rakete praktisch kein Gewicht hat, kann schon ein leichter Schub von den Raketentriebwerken verursachen großes Schiff schnell vorwärts fliegen.

Technik mit Düsenantrieb

Die Physik des Strahlantriebs besteht darin, dass die Beschleunigung oder Verzögerung eines Körpers ohne den Einfluss von umgebenden Körpern erfolgt. Der Prozess tritt aufgrund der Trennung eines Teils des Systems auf.

Beispiele für Strahlantriebe in der Technik sind:

das Phänomen des Rückstoßes nach einem Schuss;
Explosionen;
Schläge bei Unfällen;
Rückstoß bei Verwendung eines leistungsstarken Feuerwehrschlauchs;
ein Boot mit einem Wasserstrahlmotor;
Düsenflugzeug und Rakete.

Körper schaffen geschlossenes System wenn sie nur miteinander interagieren. Eine solche Wechselwirkung kann zu einer Änderung des mechanischen Zustands der das System bildenden Körper führen.

Was ist die Wirkung des Impulserhaltungssatzes?

Dieses Gesetz wurde zuerst verkündet französischer Philosoph und Physiker R. Descartes. Wenn zwei oder mehr Körper interagieren, bildet sich zwischen ihnen ein geschlossenes System. Jeder Körper in Bewegung hat seinen eigenen Impuls. Dies ist die Masse des Körpers multipliziert mit seiner Geschwindigkeit. Der Gesamtimpuls des Systems ist gleich der Vektorsumme der Impulse der Körper darin. Der Impuls aller Körper innerhalb des Systems ändert sich aufgrund ihrer gegenseitigen Beeinflussung. Der Gesamtimpuls von Körpern in einem geschlossenen System bleibt für verschiedene Verschiebungen und Wechselwirkungen von Körpern unverändert. Dies ist der Impulserhaltungssatz.

Beispiele für die Wirkung dieses Gesetzes können jegliche Kollisionen von Körpern (Billardkugeln, Autos, Elementarteilchen) sowie das Platzen von Körpern und das Schießen sein. Beim Abfeuern einer Waffe kommt es zu einem Rückstoß: Das Projektil rast vorwärts und die Waffe selbst wird zurückgeschoben. Warum passiert dies? Geschoss und Waffe bilden miteinander ein geschlossenes System, in dem das Impulserhaltungsgesetz wirkt. Beim Schießen ändern sich die Impulse der Waffe selbst und des Geschosses. Der Gesamtimpuls der Waffe und der darin enthaltenen Kugel vor dem Abfeuern entspricht jedoch dem Gesamtimpuls der rollenden Waffe und der nach dem Abfeuern abgefeuerten Kugel. Hätten Geschoss und Kanone die gleiche Masse, würden sie mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen fliegen.

Der Impulserhaltungssatz hat eine weite praktischer Nutzen... Es ermöglicht Ihnen, den Jetantrieb zu erklären, durch den die höchsten Geschwindigkeiten erreicht werden.

Reaktive Bewegung in der Physik

Das markanteste Beispiel für den Impulserhaltungssatz ist der Strahlantrieb einer Rakete. Der wichtigste Teil des Motors ist der Brennraum. In einer seiner Wände befindet sich eine Strahldüse, die das bei der Kraftstoffverbrennung erzeugte Gas freisetzen kann. Unter dem Einfluss von hoher Temperatur und Druck tritt das Gas mit hoher Geschwindigkeit aus der Triebwerksdüse aus. Vor dem Start der Rakete ist ihr Impuls relativ zur Erde gleich Null. Im Moment des Starts erhält die Rakete auch einen Impuls, der dem Impuls des Gases entspricht, jedoch in die entgegengesetzte Richtung.

Ein Beispiel für die Physik des Strahlantriebs ist überall zu sehen. Wenn Sie einen Geburtstag feiern, kann aus einem Ballon eine Rakete werden. Auf welche Weise? Blasen Sie den Ballon auf, während Sie das offene Loch zusammendrücken, damit keine Luft entweicht. Lass es jetzt los. Luftballon Mit großer Geschwindigkeit fährt es durch den Raum, angetrieben von der aus ihm entweichenden Luft.

Geschichte des Strahlantriebs

Die Geschichte der Strahltriebwerke begann bereits 120 Jahre v. Chr., als Heron von Alexandria das erste Strahltriebwerk - Eolipil - entwarf. Wasser wird in eine Metallkugel gegossen, die durch Feuer erhitzt wird. Der Dampf, der aus dieser Kugel entweicht, dreht sie. Dieses Gerät zeigt Düsenantrieb. Die Priester nutzten erfolgreich die Maschine des Reihers, um die Türen des Tempels zu öffnen und zu schließen. Modifikation von Eolipil - Segner-Rad, das in unserer Zeit effektiv zur Bewässerung von landwirtschaftlichen Flächen verwendet wird. Im 16. Jahrhundert stellte Giovani Branca der Welt die erste Dampfturbine vor, die nach dem Prinzip des Strahlantriebs arbeitete. Isaac Newton schlug einen der ersten Entwürfe für einen Dampfwagen vor.

Die ersten Versuche, Düsenantriebe in der Technologie zu nutzen, um sich am Boden zu bewegen, stammen aus dem 15.-17. Jahrhundert. Schon vor 1000 Jahren besaßen die Chinesen Raketen, die sie als Militärwaffen einsetzten. Zum Beispiel benutzten sie 1232 laut der Chronik im Krieg mit den Mongolen mit Raketen bestückte Pfeile.

Die ersten Versuche, ein Düsenflugzeug zu bauen, begannen 1910. Dabei wurde die Raketenforschung der vergangenen Jahrhunderte zugrunde gelegt, die detailliert den Einsatz von Pulverboostern beschrieb, die die Länge des Nachbrenners und der Startstrecke deutlich verkürzen konnten. Chefkonstrukteur war der rumänische Ingenieur Anri Coanda, der ein Flugzeug auf Basis eines Kolbenmotors baute. Der Pionier des Strahlantriebs in der Technologie kann mit Recht als Ingenieur aus England bezeichnet werden - Frank Wheatle, der die ersten Ideen zur Entwicklung eines Strahltriebwerks vorschlug und sein Patent dafür erhielt Ende XIX Jahrhundert.

Erste Düsentriebwerke

Erstmals wurde Anfang des 20. Jahrhunderts in Russland mit der Entwicklung eines Strahltriebwerks begonnen. Die Bewegungstheorie von Düsenfahrzeugen und Raketen, die Überschallgeschwindigkeit entwickeln können, wurde von dem berühmten russischen Wissenschaftler K. E. Tsiolkovsky aufgestellt. Dem talentierten Designer A.M. Lyulka ist es gelungen, diese Idee zum Leben zu erwecken. Er war es, der das Projekt des ersten Düsenflugzeugs in der UdSSR schuf, das mit einer Düsenturbine arbeitete. Die ersten Düsenflugzeuge wurden von deutschen Ingenieuren entwickelt. Projekterstellung und Produktion wurden heimlich in getarnten Fabriken durchgeführt. Hitler hat mit seiner Idee, Weltherrscher zu werden, die besten Konstrukteure Deutschlands eingebunden, um die stärksten Waffen herzustellen, darunter auch Hochgeschwindigkeitsflugzeuge. Der erfolgreichste davon war der erste deutsche Jet, die Messerschmitt-262. Dies Flugzeug war der erste der Welt, der alle Tests erfolgreich bestand, frei abhob und danach in Serie ging.

Das Flugzeug hatte folgende Eigenschaften:

Das Gerät hatte zwei Turbojet-Triebwerke.
Im Bug befand sich ein Radar.
Maximale Geschwindigkeit Flugzeug erreichte 900 km / h.

Dank all dieser Indikatoren und Design-Merkmale das erste Düsenflugzeug, die Messerschmitt-262, war eine beeindruckende Waffe gegen andere Flugzeuge.

Prototypen moderner Verkehrsflugzeuge

In der Nachkriegszeit Russische Designer Düsenflugzeuge entstanden, die später zu den Prototypen moderner Verkehrsflugzeuge wurden.

Die I-250, besser bekannt als die legendäre MiG-13, ist ein Jäger, an dem KI Mikoyan gearbeitet hat. Der Erstflug wurde im Frühjahr 1945 durchgeführt, zu dieser Zeit zeigte der Düsenjäger eine Rekordgeschwindigkeit von 820 km / h. Die Düsenflugzeuge MiG-9 und Yak-15 wurden in Produktion genommen.

Im April 1945 hob zum ersten Mal das Düsenflugzeug von P.O. Sukhoi - Su-5 in den Himmel ab, stieg und flog dank eines Luftstrahlmotor-Kompressors und eines Kolbenmotors im hinteren Teil der Struktur.

Nach Kriegsende und Kapitulation Nazi-Deutschlands Die Sowjetunion als Trophäen bekommen deutsche flugzeuge mit Strahltriebwerken JUMO-004 und BMW-003.

Prototypen der ersten Welt

An der Entwicklung, Erprobung und Produktion neuer Verkehrsflugzeuge waren nicht nur deutsche und sowjetische Konstrukteure beteiligt. Auch Ingenieure aus den USA, Italien, Japan, Großbritannien haben viel geschaffen erfolgreiche Projekte Jetantrieb in der Technik verwendet. Unter den ersten Entwicklungen seit verschiedene Typen Motoren umfassen:

Nicht-178 - Deutsches Flugzeug mit einem Turbojet-Triebwerk, das im August 1939 abhob.
GlosterE. 28/39 ist ein ursprünglich aus Großbritannien stammendes Flugzeug mit einem Turbojet-Triebwerk, das 1941 zum ersten Mal in die Lüfte stieg.
He-176 - ein in Deutschland mit einem Raketenmotor hergestelltes Jagdflugzeug, das im Juli 1939 seinen Erstflug absolvierte.
BI-2 - das erste sowjetische Flugzeug, das von einem Raketenkraftwerk angetrieben wurde.
CampiniN.1 ist ein in Italien entwickeltes Düsenflugzeug, das der erste Versuch italienischer Designer war, sich vom Kolben-Pendant zu entfernen.
Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") mit einem Tsu-11-Triebwerk ist ein japanischer Jagdbomber, das sogenannte Wegwerfflugzeug mit einem Kamikaze-Piloten an Bord.

Der Einsatz des Düsenantriebs in der Technik gab einen starken Impuls für die rasche Entwicklung der folgenden Düsenflugzeuge und die Weiterentwicklung des militärischen und zivilen Flugzeugbaus.

GlosterMeteor - ein Düsenjäger, der 1943 in Großbritannien hergestellt wurde, spielte eine bedeutende Rolle im Zweiten Weltkrieg und diente nach seiner Fertigstellung als Abfangjäger für deutsche V-1-Raketen.
Die Lockheed F-80 ist ein in den USA hergestelltes Düsenflugzeug mit einem AllisonJ-Triebwerk. Diese Flugzeuge nahmen mehr als einmal am japanisch-koreanischen Krieg teil.
Die B-45 Tornado ist ein Prototyp der modernen amerikanischen B-52-Bomber aus dem Jahr 1947.
Die MiG-15 ist ein Nachfolger des anerkannten Düsenjägers MiG-9, der aktiv am militärischen Konflikt in Korea teilnahm und im Dezember 1947 produziert wurde.
Tu-144 ist das erste sowjetische Überschall-Luftstrahl-Passagierflugzeug.

Moderne Jet-Fahrzeuge

Jedes Jahr werden Verkehrsflugzeuge besser, denn Designer aus der ganzen Welt arbeiten daran, eine neue Generation von Flugzeugen zu entwickeln, die mit Schall- und Überschallgeschwindigkeit fliegen können. Jetzt gibt es Verkehrsflugzeuge, die eine große Anzahl von Passagieren und Fracht aufnehmen können, von enormer Größe und einer unvorstellbaren Geschwindigkeit von über 3000 km / h, Militärflugzeuge, die mit moderner Kampfausrüstung ausgestattet sind.

Aber unter dieser Vielfalt gibt es mehrere Designs von rekordbrechenden Düsenflugzeugen:

Der Airbus A380 ist das geräumigste Flugzeug, das 853 Passagiere an Bord aufnehmen kann, was durch eine Doppeldeckerstruktur gewährleistet wird. Er ist auch einer der luxuriösesten und teuersten Airliner unserer Zeit. Das größte Passagierschiff in der Luft.
Boeing 747 - mehr als 35 Jahre lang galt sie als das geräumigste Doppeldecker-Flugzeug und konnte 524 Passagiere befördern.
AN-225 Mriya ist ein Frachtflugzeug mit einer Tragfähigkeit von 250 Tonnen.
LockheedSR-71 ist ein Düsenflugzeug, das während des Fluges eine Geschwindigkeit von 3529 km / h erreicht.

Die Luftfahrtforschung steht nicht still, denn Düsenflugzeuge sind die Basis der sich rasant entwickelnden modernen Luftfahrt. Mehrere westliche und russische bemannte, Passagier- und unbemannte strahlgetriebene Verkehrsflugzeuge befinden sich derzeit in der Entwicklung und sollen in den nächsten Jahren auf den Markt kommen.

Zu den innovativen russischen Entwicklungen der Zukunft gehört das Jagdflugzeug PAK FA - T-50 der 5.

Die Natur ist ein Beispiel für Düsenantrieb

Das reaktive Bewegungsprinzip wurde ursprünglich von der Natur selbst veranlasst. Seine Wirkung wird von den Larven einiger Libellenarten, Quallen, vielen Weichtieren genutzt - Jakobsmuscheln, Tintenfisch, Tintenfisch, Tintenfisch. Sie verwenden eine Art "Abstoßungsprinzip". Tintenfische saugen Wasser an und werfen es so schnell wieder aus, dass sie selbst einen Sprung nach vorne machen. Tintenfische können mit dieser Methode Geschwindigkeiten von bis zu 70 Stundenkilometern erreichen. Deshalb hat diese Bewegungsmethode es ermöglicht, Tintenfische "biologische Raketen" zu nennen. Ingenieure haben bereits einen Motor erfunden, der auf der Bewegung eines Tintenfisches basiert. Ein Beispiel für den Einsatz von Strahlantrieben in Natur und Technik ist ein Wasserwerfer.

Dies ist ein Gerät, das die Bewegung durch die Kraft von Wasser ermöglicht, das unter starkem Druck herausgeschleudert wird. In der Vorrichtung wird Wasser in die Kammer gepumpt und dann durch die Düse ausgestoßen, und das Gefäß bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung des Strahlausstoßes. Das Wasser wird mit einem Diesel- oder Benzinmotor angesaugt.

Auch die Pflanzenwelt bietet Beispiele für Jet-Antriebe. Unter ihnen gibt es Arten, die diese Bewegung nutzen, um Samen zu verbreiten, wie zum Beispiel die verrückte Gurke. Nur äußerlich ähnelt diese Pflanze den uns gewohnten Gurken. Und die Eigenschaft "tollwütig", die es aufgrund der seltsamen Art der Fortpflanzung erhielt. Beim Reifen prallen die Früchte von den Stielen ab. Als Ergebnis öffnet sich ein Loch, durch das die Gurke eine Substanz schießt, die Samen enthält, die zum Keimen geeignet sind, und die Reaktivität auslöst. Und die Gurke selbst springt bis zu zwölf Meter weit zur dem Schuss gegenüberliegenden Seite.

Die Manifestation des Düsenantriebs in Natur und Technik unterliegt den gleichen Gesetzen des Universums. Die Menschheit nutzt diese Gesetze zunehmend, um ihre Ziele nicht nur in der Erdatmosphäre, sondern auch in den Weiten des Weltraums zu erreichen, und der Düsenantrieb ist ein Paradebeispiel dafür.