Завдяки чому можуть рухатися люди, автомобілі, тварини?
Чому літають планери, птахи, метелики?
Чому плавають риби, катери, підводні човни?
Відповідь є простою: всі перелічені тіла від чогось відштовхуються: людина, тварина, автомобіль – від поверхні Землі; планери, птахи, метелики – від повітря; риби та катери – від води.
Як пояснити рух космічного літального апарата, адже він не має можливості від чогось відштовхнутися? (Проте космічні кораблі літають у відкритому космосі, виконують маневри, повертаються на Землю)
Від чого ж вони відштовхуються?
1. Реактивний рух
Проведемо дослід
Надуємо повітряну кульку і, не стягаючи її отвір ниткою, відпустимо. Кулька почне рухатись, і рухатиметься доти, поки з отвору виривається повітря.
Проблемне питання
• Яка причина руху повітряної кульки у даному досліді?
Якщо отвір кульки закритий, вона перебуває в спокої й імпульс системи «кулька – повітря» дорівнює нулю.
Якщо отвір відкрити, то повітря почне вириватися назовні з досить великою швидкістю, тобто набуде певного імпульсу. Сама кулька теж набуде імпульсу, напрямленого в бік, протилежний імпульсу повітря.
Реактивний рух – це рух, що виникає внаслідок відділення з деякою швидкістю від тіла якоїсь його частини.
Проблемне питання
• Де зустрічається реактивний рух у нашому житті?
Нижче розташовані приклади реактивного руху в техніці та природі.
2. Реактивний рух ракети
Ракета – літальний апарат, який переміщується в просторі завдяки реактивній тязі, що виникає внаслідок відкидання ракетою частини власної маси.
Проблемне питання
• Що є відокремлюваною частиною ракети?
Відокремлюваною частиною ракети є струмінь гарячого газу, який утворюється в ході згоряння палива. Коли газовий струмінь із величезною швидкістю викидається із сопла ракети, то оболонка ракети одержує потужний імпульс, напрямлений у бік, протилежний швидкості руху струменя.
Проблемне питання
• Чи може одноступенева ракета покинути Землю?
Якби паливо ракети згоряло миттєво, а руху ракети нічого не заважало б, то швидкість, набрана ракетою, була б достатньою для того, щоб вивести ракету на орбіту Землі.
Однак у реальності паливо згоряє поступово, а на рух ракети помітно впливає опір повітря. Розрахунки показують, що для досягнення необхідної швидкості маса палива має у 200 разів перевищувати масу оболонки, а це нереально реалізувати технічно.
• Як технічно вирішити дану проблему?
Це можливо тільки за допомогою багатоступеневих ракет: у таких ракетах ступені зі спорожнілими паливними резервуарами відкидаються в польоті (потім вони згоряють в атмосфері через тертя об повітря). При цьому маса ракети зменшується, відповідно збільшується швидкість її руху. Зазначимо, що всі ракети- носії космічних апаратів, як найперші, так і ті, що використовуються зараз, є багатоступеневими.
3. Досягнення космонавтики
Українські інженери та дослідники складали «золотий фонд» авіації та космонавтики Радянського Союзу. Численні українські наукові установи, конструкторські бюро, промислові підприємства причетні до всіх найважливіших космічних перемог СРСР – від перших польотів у космос до створення й запуску космічного ракетного комплексу «Енергія-Буран».
Навіть засновник компанії «SpaceX» Ілон Маск визнає, що саме Україна відіграла провідну роль у становленні радянської космічної галузі.
|
1. Україна входить до ТОП-5 країн із повним циклом виробництва ракетно-космічної техніки.
Україна – одна з небагатьох країн світу, яка має замкнений цикл ракетобудування, починаючи з ракетного палива і закінчуючи готовими корпусами, ракетами-носіями (РН) та космічними апаратами (КА).
За час незалежності українськими ракетами було здійснено 148 запусків. Ракети стартували з космодромів Плесецьк, Байконур, Воллопс, платформи «Морський старт». На орбіту було виведено близько 300 космічних апаратів на замовлення різних країн світу.
2. Українська космічна промисловість – світовий лідер за відсотком жінок, які працюють у галузі.
У Державному космічному агентстві України, згідно зі штатним розписом, працює майже 50% жінок. А в інших країнах у космічній промисловості працює від 20 до 30% жінок.
3. Українці працюють над будівництвом бази на Місяці.
Українське підприємство ДП «КБ «Південне» імені М.К. Янгеля» працює над проектом постійної бази на поверхні Місяця, і наші науковці вже взялися до роботи.
Проект має п’ять етапів реалізації. Останній з них передбачає запуск постійної бази, на якій перебуватиме людина. Заплановано це на 2062 рік.
4. Українські інженери на європейське замовлення створили двигун для ракети-носія «Вега».
На замовлення Європейського космічного агентства (ESA) ДП «КБ «Південне» імені М.К. Янгеля» розробило блок маршового двигуна четвертого ступеня для ракети-носія «Вега». Виготовили його на заводі «Південмаш» у місті Дніпро. За словами директора заводу, український двигун четвертого ступеня працює довше, ніж двигуни перших трьох ступенів разом узяті.
У листопаді 2018 року відбувся успішний пуск «Веги» з українським двигуном. Ракета-носій успішно вивела на орбіту космічний апарат Mohammed VI-B, сконструйований на замовлення уряду Марокко компанією «Airbus Defense and Space». Його використовуватимуть для спостереження за змінами земної поверхні, моніторингу в сільському господарстві, прогнозів погоди тощо.
5. В Україні розташовується найбільший у світі радіотелескоп декаметрових хвиль
УТР-2 (український Т-подібний радіотелескоп 2-ї модифікації) — найбільший у світі радіотелескоп декаметрових хвиль, що розташовується в Харківській області та належить Радіоастрономічному інституту НАН України.
Астрономи, які працюють на УТР-2, першими в світі виявили в міжзоряному середовищі спектральні лінії вуглецю (головної «цеглинки», необхідної для появи органічного життя), каталогізували джерела випромінювань у далекому космосі, розробили теорію гравітаційних лінз (щодо того, як викривляється світло від далеких зірок і галактик), вивчили механізми радіовипромінювання Сонця і Юпітера.
4. Цікаво знати
Прообразом сучасних реактивних двигунів можна вважати «кулю Герона», або «еоліпіл». Цей пристрій був створений у I ст. видатним давньогрецьким математиком і механіком Героном з Александрії. Пара, що виходить із закріплених на кулі зігнутих трубочок (сопел), змушує кулю обертатися.
5. Розв'язування задач
1. 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.
2. Маса реактивного набою на установці типу «Град» дорівнює 42,6 кг, а швидкість його вильоту 355 м/с. Вважаючи, що порох згорає миттєво, а швидкість витікання продуктів згоряння дорівнює 2 км/с, визначте масу порохового заряду.
3. Визначте середню силу тиску на долоню під час стрільби з пістолета Макарова, якщо темп стрільби становить 30 пострілів за хвилину, маса кулі дорівнює 8 г, а швидкість, з якою вона вилітає зі стволу, – 315 м/с.
4. З якою швидкістю рухатиметься ракета, якщо середня швидкість витікання продуктів згорання дорівнює 1 км/с, а маса палива, що згоріло, складає 80% усієї маси ракети?
6. Бесіда за питаннями
1. Дайте означення реактивного руху.
2. Опишіть досліди зі спостереження реактивного руху.
3. Запишіть закон збереження імпульсу для руху ракети, припустивши, що все її паливо згоряє миттєво в момент старту.
4. Чому для запускання космічних кораблів з поверхні Землі використовують багатоступеневі ракети?
5. Які досягнення в космонавтиці має Україна?
