Sugárhajtás és rakéta. Miért száll fel egy rakéta? Miért csak egyszer repül egy rakéta?

És tudjuk, hogy a mozgás létrejöttéhez egy bizonyos erő működése szükséges. A testnek vagy el kell löknie magát valamitől, vagy egy harmadik félnek kell eltolnia az adottat. Ez élettapasztalatból jól ismert és érthető számunkra.

Mit toljunk el az űrben?

A Föld felszínén eltolódhat a felszíntől vagy a rajta lévő tárgyaktól. A felszínen történő mozgáshoz lábakat, kerekeket, hernyókat stb. használnak. A vízben és a levegőben az ember eltaszíthatja magát a víztől és a levegőtől, amelyeknek bizonyos sűrűsége van, és ezért lehetővé teszi, hogy kapcsolatba lépjen velük. A természet ehhez igazította az uszonyokat és szárnyakat.

Az ember propellereken alapuló motorokat hozott létre, amelyek a forgás miatt sokszor megnövelik a környezettel való érintkezési területet, és lehetővé teszik a víz és a levegő kiszorítását. De mi a helyzet a levegőtlen tér esetében? Mit toljunk el az űrben? Nincs levegő, nincs semmi. Hogyan repüljünk az űrben? Itt jön a segítség a lendület megmaradásának törvénye és az elv. sugárhajtás. Nézzük meg közelebbről.

A lendület és a sugárhajtás elve

A lendület a test tömegének és sebességének szorzata. Amikor egy test áll, sebessége nulla. A testnek azonban van némi tömege. Külső hatások hiányában, ha a tömeg egy része bizonyos sebességgel elválik a testtől, akkor az impulzusmegmaradás törvénye szerint a test többi részének is fel kell vennie némi sebességet, hogy a teljes lendület egyenlő maradjon. nullára.

Ezenkívül a test fennmaradó fő részének sebessége attól függ, hogy a kisebb rész milyen sebességgel válik szét. Minél nagyobb ez a sebesség, annál nagyobb lesz a fő test sebessége. Ez érthető, ha felidézzük a testek viselkedését jégen vagy vízben.

Ha két ember van a közelben, és az egyik meglöki a másikat, akkor nem csak azt a gyorsulást adja, hanem ő maga repül vissza. És minél jobban lök valakit, annál gyorsabban repül le magáról.

Biztosan voltál már hasonló helyzetben, és el tudod képzelni, hogyan történik. Szóval itt van Ezen alapul a sugárhajtás..

Az ezt az elvet megvalósító rakéták nagy sebességgel lökdösik tömegük egy részét, aminek következtében maguk is szereznek némi gyorsulást az ellenkező irányba.

A tüzelőanyag elégetése során keletkező forró gázok keskeny fúvókákon keresztül távoznak a lehető legnagyobb sebesség érdekében. Ugyanakkor a rakéta tömege e gázok tömegével csökken, és bizonyos sebességet kap. Így megvalósul a sugárhajtás elve a fizikában.

A rakéta repülés elve

A rakéták többlépcsős rendszert használnak. A repülés során az alsó fokozat, miután elhasználta a teljes üzemanyagkészletét, leválik a rakétáról, hogy csökkentse annak össztömegét és megkönnyítse a repülést.

A fokozatok száma addig csökken, amíg a működő rész műhold vagy más űrhajó formájában nem marad. Az üzemanyagot úgy számolják ki, hogy elég csak pályára állni.

A rakéta az ember közlekedési eszköze a levegőben, a légkörben. Repülőgépek és más repülőgépek is repülésre szolgálnak. De ők a...

A rakéta az ember közlekedési eszköze a levegőben, a légkörben.. Repülőgépek és más repülőgépek is repülésre szolgálnak. De különböznek egymástól. A rakéta felszáll, repülők és járművek repülnek. De a repülés törvényei mások. A rakéta inkább olyan, mint egy nagy lövedék, amelyet a levegőbe lőttek ki. A rakétát úgy tervezték, hogy az űrbe repüljön. És felszáll a sugárhajtás hatására.

Hogyan mozog egy rakéta? A sugárhajtás miatt.
Nem csak a levegőben tud repülni? Talán. Még légüres térben is tud repülni. Nincs levegő az űrben, de a rakéta még mindig repül. És még jobban, mint a levegőben.

A rakéta repülési rendszere Newton törvénye szerint működik. A motorban lévő gázok felgyorsulnak, tolóerőt hozva létre, amely erőt hoz létre. Ennek az erőnek a segítségével mozog a rakéta. Ahhoz, hogy mozogni tudj, valamiből ki kell indulnod. Amikor egy autó vezet, vagy az ember sétál, eltolódik a Föld felszíneés ismét essen rá. Kiderül a mozgás előre, mert a Föld vonóereje hat. A rakéta felemelkedik az űrbe, de nem esik vissza. A reaktív gázok segítségével taszítja a Földet, de nem tér vissza, legyőzve a tolóerőt. A vízi objektumok megközelítőleg ugyanúgy működnek: tengeralattjáró, tintahal, cápaúszás.

Üzemanyag, annak érdekében, hogy a rakéta felszálljon, sokféle dolgot használjon. Lehet folyékony és szilárd. Az üzemanyag elégetésével a rakéta a levegőbe emelkedik. Az üzemanyag égéskamra után fúvókák vannak. Égetett gáz tör ki belőlük, ami a rakétát az űrbe emeli. A felfelé induló rakéta egy kitörő vulkánhoz hasonlítható. Amikor a levegőbe repül, nagy füstfelhőket, égés, tűz szagát figyelheti meg. Akárcsak egy vulkán vagy egy ősrobbanás.

A rakéta több fokozatból áll. Repülése során ezek a lépések szétválnak. Magában az űrben már sokkal könnyebb, repül űrhajó, ami kidobta az összes plusz rakományt, mi volt a rakéta.

Színpadi példa

Meg kell jegyezni, hogy a gép nem repülhet az űrbe. Ballon Azonos. Az összes ismert légi közlekedési eszköz közül a rakéta az egyetlen, amely kijut az űrbe, és képes túlrepülni a Föld bolygón.

Ez érdekes: a rakéta a mai napig nem a leghíresebb repülőgép. Ismeretes, hogy a vimanák valaha repültek az űrben. A repülés elve a mai rakéta repüléséhez hasonlít. A rakéta felső része egy vimanára hasonlít, de kissé eltérő alakja van.

Hogyan és miért száll fel egy rakéta

A rakéta felszállásának megtekintéséhez speciális televíziós riportokat kell néznie, vagy releváns videókat kell találnia az interneten. Legyen közvetlen tanúja a felemelkedésnek és saját szemével rövid távolság csak az ebben a folyamatban részt vevő egyének láthatják, merre tart az apparátus, miközben a kozmodrom területén kell lenniük.

Milyen a felszállás

Az űrszonda nem tud magától elindulni, ehhez parancsot kell kapnia az irányítóközponttól. A rakéta függőleges helyzetben van az űrkikötőben, majd a hajtóművek erőteljes hangot bocsátanak ki. Először egy lenyűgöző méretű fényes láng jelenik meg alatta, egyre növekvő dübörgés hallatszik. Aztán ez a rakéta felrepül: eleinte viszonylag Magassebesség, majd gyorsabban. Minden másodperccel egyre távolodik a Földtől, a hang egyre erősebb lesz.

Hamarosan az űrszonda olyan magasságban helyezkedik el, ahová a polgári és a harci repülőgépek sem képesek megmászni. Ilyen magasságban csak az Univerzum kiterjedésein való működésre tervezett járművek repülnek, amelyek kívül esnek az égitestek légkörének határain. Szó szerint egy perccel később a felszálló apparátus az űrben, vagyis a levegőtlen térben találja magát. Majd folytatja útját, attól függően, hogy milyen útvonalat terveztek a Földön. Ezt az eszközt, mint korábban, a parancsnoki állásról irányítják.

sugárhajtóművek

A hang, amit a rakéta felszálláskor kiad, azt jelzi, hogy sugárhajtóművel van felszerelve. A motorokat az az erő hajtja, amely egy erős forró gázsugár megjelenéséből adódik. Ezek a gázok egy speciális kamrában keletkeznek, amikor az üzemanyag ég. Hihetetlennek tűnhet, hogy képesek egy több tonnás rakétát könnyedén űrpályára állítani, miközben a jellegzetes hang a kilövés helyétől meglehetősen nagy távolságra hallatszik.

Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy a kerékpárok vagy autók kamráiban lévő levegő sikeresen ellenáll mind a kétkerekű járműveket vezető személyek, mind az autóvezetők, valamint utasaik és rakományaik súlyának. Ezért nincs semmi meglepő abban, hogy egy rakétafúvókából nagy erővel kilépő, túl forró gáz képes azt nagy sebességgel felfelé lökni. Gyakorlatilag minden rakéta kilövés után javítani kell a kilövéshez szükséges, különösen tartós anyagok felhasználásával megépített platformot, mert a rakéták nem szállhatnak fel sérült felületről.

Newton harmadik törvénye

Törvényről beszélünk, ami a lendület megmaradásának törvényét jelenti. Kezdetben egy rakéta, amely a kilövés előtt mozdulatlan volt az indítóálláson, nulla lendülettel rendelkezik. A motorok bekapcsolása után a hang nő, az üzemanyag égése során gáznemű termékek képződnek magas hőmérsékletű, amelyek nagy sebességgel kiszabadulnak a repülőgép fúvókájából. Ez egy lefelé mutató lendületvektor létrehozását eredményezi.

Létezik azonban az impulzus megmaradásának törvénye, amely szerint a felszálló jármű által az indítóálláshoz képest felvett teljes lendületnek továbbra is nullával kell egyenlőnek lennie. Itt egy másik impulzusvektor keletkezik, amelynek hatása a termék kiegyensúlyozására irányul a kilépő gázokhoz képest. Úgy tűnik, hogy az álló űrszonda mozgásba lendül. A felfelé irányuló lendület egyenlő a termék súlyának szorzatával a sebességével.

Ha a rakétahajtóművek elég erősek, akkor gyorsan felgyorsul. Ez a sebesség elegendő ahhoz, hogy az űrhajót meglehetősen rövid időre Föld körüli pályára állítsák. A felszálló jármű teljesítménye közvetlenül függ a beletöltött üzemanyagtól. BAN BEN szovjet időszak rakétahajtóművek repülési kerozinnal működtek. Jelenleg összetettebb kémiai keveréket használnak, amely elégetve hatalmas mennyiségű energiát szabadít fel.

Még a fizikát tanulmányozók körében is gyakran előfordul, hogy teljesen hamis magyarázatot hallanak a rakéta repüléséről: azért repül, mert a benne lévő lőpor égése során keletkezett gázai taszítják a levegőből. Így gondolták régen (a rakéta régi találmány). Ha azonban egy rakétát levegőtlen térben indítanának el, az nem repülne rosszabbul, sőt jobban, mint a levegőben. A rakéta mozgásának valódi oka teljesen más. Az első márciusi forradalmár, Kibalcsics nagyon világosan és egyszerűen kijelentette ezt az általa feltalált repülő gépről írt öngyilkos levelében. A harci rakéták felépítését magyarázva ezt írta:

„Egy bádoghengerbe, amely az egyik aljánál zárt, a másiknál ​​nyitott, szorosan behelyezünk egy sűrített lőport tartalmazó hengert, amelynek tengelye mentén csatorna formájában üreg van. A lőpor égése ennek a csatornának a felületéről indul ki, és egy bizonyos idő alatt átterjed a préselt lőpor külső felületére; az égés során keletkező gázok minden irányba nyomást hoznak létre; de a gázok oldalsó nyomásai kölcsönösen kiegyenlítettek, míg a lőporos bádoghéj fenekére nehezedő nyomás ellentétes nyomással nem egyensúlyozva (mivel a gázoknak ebben az irányban van szabad kivezetése) előre tolja a rakétát.

Itt ugyanaz történik, mint amikor egy ágyút elsütnek: a lövedék előrerepül, maga az ágyú pedig visszaszorul. Emlékezzen a fegyver "visszarúgására" és általában mindenre lőfegyverek! Ha az ágyú a levegőben lógna, anélkül, hogy bármire támaszkodna, akkor kilövés után bizonyos sebességgel mozdulna vissza, ami annyiszor kisebb, mint a lövedék sebessége, hányszor könnyebb a lövedék, mint maga az ágyú. Jules Verne "Felfelé" című tudományos-fantasztikus regényében az amerikaiak még azt is tervezték, hogy egy gigantikus ágyú visszaütő erejét egy grandiózus vállalkozás végrehajtására – „egyenesítsék ki a Föld tengelyét” – tervezték.

A rakéta ugyanaz az ágyú, csak nem lövedékeket, hanem porgázokat lövell ki. Ugyanezen okból forog az úgynevezett „kínai kerék” is, amit valószínűleg a tűzijáték készítésekor is megcsodáltál: amikor a kerékre erősített csövekben ég a lőpor, a gázok egy irányba áramlanak ki, maguk a csövek (és együtt nekik a kerék) ellenkező mozgást kapnak. Lényegében ez csak egy jól ismert fizikai eszköz - a Segner kerék - módosítása.

Érdekes megjegyezni, hogy a gőzhajó feltalálása előtt volt egy mechanikus hajó projekt, amely ugyanezen a kezdeten alapult; a hajó vízkészletét egy erős nyomású szivattyú segítségével kellett volna kidobni a tatban; ennek következtében a hajónak előre kellett haladnia, mint azoknak a lebegő bádogdobozoknak, amelyek az iskolai fizika tantermekben rendelkezésre állnak a vizsgált elv bizonyítására. Ezt a (Ramsey által javasolt) projektet nem valósították meg, de jól ismert szerepet játszott a gőzhajó feltalálásában, mivel Fultont az ötletére ösztönözte.

Azt is tudjuk, hogy a legrégebbi Gőzgép 2. században Alexandriai Heron találta fel, ugyanazon elv szerint rendezték el: a kazánból származó gőz egy csövön keresztül egy vízszintes tengelyre szerelt golyóba áramlott; majd a forgattyús csövekből kifolyva a gőz belenyomta ezeket a csöveket ellentétes irányés a labda forogni kezdett.

Sajnos a hősnő gőzturbina az ókorban csak érdekes játék maradt, hiszen a rabszolgamunka olcsósága senkit sem ösztönzött a gépek gyakorlati használatára. Magát az elvet azonban nem hagyta el a technológia: korunkban sugárturbinák építésénél használják.

Newtonnak, a cselekvés és reakció törvényének szerzőjének tulajdonítják az egyik legkorábbi gőzautó-tervet, amely ugyanazon az elven alapul: a kerekekre helyezett kazán gőze egy irányba távozik, és maga a kazán gördül be a gőzkocsiba. ellentétes irányú a visszarúgás miatt.

A rakétakocsik a kísérletekről, amelyekkel 1928-ban sokat írtak újságokban és folyóiratokban, a newtoni szekér modern változata.

A kézművesség szerelmeseinek álljon itt egy papírgőzölő rajza, amely szintén nagyon hasonlít Newton kocsijához: egy üres tojásból készült gőzkazánban, amelyet egy gyűszűben alkoholba áztatott vattával melegítenek, gőz képződik; egy sugárral kiszökve az egyik irányba, az egész gőzhajót az ellenkező irányú mozgásra kényszeríti. Ennek a tanulságos játéknak az elkészítéséhez azonban nagyon ügyes kezekre van szükség.

Mint tudják, a rakéta még mindig a leggyorsabb szállítóeszköz a Földön. A rakéta szokatlan motorral rendelkezik, amelyet sugárhajtóműnek neveznek. Mielőtt a rakéta repülésre indulna, hatalmas tartályait rakétaüzemanyaggal töltik meg. Indításkor az üzemanyag meggyullad, ami égéskor forró gázzá alakul. Ez a gáz a fúvókán keresztül (a fúvóka egy olyan keskeny lyuk, amely a rakéta alján található), nagy sebességgel és erővel tör ki.

Egy erős gázsugár az egyik irányba csap be, a rakéta pedig az ellenkező irányba repül visszataszító hatásának köszönhetően.

Minden rakomány ennek a többlépcsős rakétának a legtetején található. A felső rész egy speciális áramvonalas sapkával van lezárva, amelyet fejburkolatnak neveznek. Mindegyik fokozat egy független rakéta, amelynek belsejében üzemanyagtartályok vannak elhelyezve, és motorok a farokban.

Kezdetben a legalacsonyabb és nagyon erős be van kapcsolva, amelynek feladata az összes súly átemelése a légkör rétegein. Amikor a benne lévő üzemanyag teljesen kiég, az alsó fokozat, mint már felesleges elem, automatikusan lekapcsol, és elkezd dolgozni a második fokozat motorja, a rakéta. A rakéta egyre gyorsabban gyorsul.

És amikor a második középső fokozatban véget ér, a legfelső hordozórakéta motorja be van kapcsolva, és az alsó fokozat is lekapcsol. Végül felgyorsul az első kozmikus sebességre, és belép a földi pályára, ahol már önállóan mozog.

A leesett lépcsők nem, a légkörrel való súrlódástól olyan mértékben felmelegszenek, hogy teljesen kiégnek. Maga a hordozórakéta, az űrhajó két részre oszlik: a leszálló járműre és a műszerrekeszre. A leszálló járműben űrhajósok dolgoznak, pihennek és alszanak.

A műszertérben pedig egy fékhajtómű található, melynek segítségével a hajó visszatér a földre. Vannak olyan eszközök is, amelyek segítségével az űrhajósok kutatásokat végeznek.

A rakéták folyékony vagy szilárd hajtóanyagok elégetésével emelkednek ki a világűrbe. A nagy szilárdságú égetőkamrákban meggyújtott hajtóanyagok, amelyek jellemzően egy tüzelőanyagból és egy oxidálószerből állnak, hatalmas mennyiségű hőt bocsátanak ki, és nagyon magas nyomást hoznak létre, amely az égéstermékeket a táguló fúvókákon keresztül a föld felszíne felé tolja.

Mivel az égéstermékek lefolynak a fúvókákból, a rakéta felemelkedik. Ezt a jelenséget Newton harmadik törvénye magyarázza, amely szerint minden cselekvésre egyenlő és ellentétes reakció van. Amióta be vannak kapcsolva a motorok folyékony üzemanyag könnyebben irányítható, mint a szilárd tüzelőanyag, általában űrrakétákban használják, különösen a bal oldali ábrán látható Saturn-5 rakétában. Ez a háromlépcsős rakéta több ezer tonna folyékony hidrogént és oxigént éget el, hogy az űrhajót pályára állítsa.

A gyors felemelkedés érdekében a rakéta tolóerejének körülbelül 30 százalékkal meg kell haladnia a súlyát. Ugyanakkor, ha az űrszonda Föld-közeli pályára akar állni, körülbelül 8 kilométer/s sebességet kell kifejlesztenie. A rakéták tolóereje akár több ezer tonnát is elérhet.

1. Az első fokozat öt hajtóműve 50-80 kilométeres magasságba emeli a rakétát. Az első fokozat üzemanyagának elhasználódása után az elválik, és a második fokozat motorjai bekapcsolnak.
2. Körülbelül 12 perccel az indítás után a második fokozat több mint 160 kilométeres magasságba szállítja a rakétát, majd üres tankokkal szétválik. Egy vészmenekülő rakéta is elválik.
3. Az egyetlen harmadik fokozatú hajtóművel felgyorsított rakéta az Apollo űrszondát ideiglenesen földközeli pályára állítja, mintegy 320 kilométer magasan. Rövid szünet után a hajtóművek újra bekapcsolnak, mintegy 11 kilométer/másodpercre növelve az űrszonda sebességét és a Hold felé irányítva.

Az első fokozat F-1 motorja elégeti az üzemanyagot és az égéstermékeket a környezetbe bocsátja.

Az Apollo űrszonda pályára állítása után gyorsuló impulzust kap a Hold felé. Ezután a harmadik szakasz elválik, és a parancsnoki és holdmodulokból álló űrszonda 100 kilométeres hold körüli pályára áll, majd a holdmodul leszáll. Miután a Holdon tartózkodó űrhajósokat a parancsnoki modulba szállították, a holdmodul szétválik és megszűnik működni.