Reaktivni pokreti u inženjerstvu i prirodi - primjeri

Za većinu ljudi, pojam "reaktivno gibanje" je predstavljen u obliku modernog napretka u znanosti i tehnologiji, posebno u području fizike. Jet propulzija u tehnologiji ga mnogi povezuju s letjelicama, satelitima i mlaznim zrakoplovima. Ispada da je fenomen mlaznog pogona postojao mnogo ranije od samog čovjeka i neovisno od njega. Ljudi su samo uspjeli razumjeti, koristiti i razviti ono što je podložno zakonima prirode i svemira.

Što je mlazni pogon?

Na engleskom, riječ "jet" zvuči kao "jet". Pod njime se misli na kretanje tijela, koje se formira u procesu odvajanja dijelova od njega s određenom brzinom. Postoji sila koja pomiče tijelo u suprotnom smjeru od smjera kretanja, odvajajući dio od njega. Svaki put kada se materija izvlači iz objekta, a objekt se kreće u suprotnom smjeru, promatra se reaktivni pokret. Kako bi dizali predmete u zrak, inženjeri moraju dizajnirati snažnu mlaznu instalaciju. Oslobađajući plamenove, raketni motori ga podižu u orbitu Zemlje. Ponekad rakete lansiraju satelite i svemirske sonde.

Što se tiče zrakoplova i vojnih zrakoplova, načelo njihovog rada pomalo podsjeća na raketno polijetanje: fizičko tijelo reagira na snažan mlaz plina koji se izbacuje, s rezultatom da se kreće u suprotnom smjeru. To je osnovni princip rada mlaznih zrakoplova.

Newtonovi zakoni u kretanju mlazova

Inženjeri temelje svoje nacrte na principima stvaranja svemira, koji su prvi put detaljno opisani u djelima uglednog britanskog znanstvenika Isaaca Newtona, koji je živio krajem 17. stoljeća. Newtonovi zakoni opisuju mehanizme gravitacije i govore nam što se događa kada se objekti pomiču. Posebno jasno objašnjavaju kretanje tijela u prostoru.

Newtonov drugi zakon određuje da snaga pokretnog objekta ovisi o tome koliko materije sadrži, drugim riječima, njezinu masu i promjene brzine kretanja (ubrzanje). Dakle, da biste stvorili snažnu raketu, potrebno je da ona stalno oslobađa veliku količinu energije velike brzine. Newtonov treći zakon kaže da će za svaku akciju postojati jednaka snaga, ali suprotna reakcija je protivljenje. Reaktivni motori u prirodi i tehnologiji poštivati ​​te zakone. U slučaju rakete, sila djelovanja je materija koja leti iz ispušne cijevi. Opozicija je da gurne raketu naprijed. To je snaga emisija iz nje gura raketu. U svemiru, gdje raketa nema gotovo nikakvu težinu, čak i lagani potisak od raketnih motora može natjerati veliki brod brzo naprijed.

Tehnika pomoću mlaznog pogona

Fizika reaktivnog gibanja je da se ubrzanje ili usporavanje tijela događa bez utjecaja okolnih tijela. Proces se odvija zbog odvajanja dijela sustava.

Primjeri mlaznog pogona u tehnologiji su:

1. fenomen trzanja iz metka;
2. eksplozija;
3. padove tijekom nesreća;
4. trzanje kada se koristi snažan pištolj;
5. brod s mlaznim motorom;
6. mlazni avion i raketa.

Tijela stvaraju zatvoreni sustav ako međusobno djeluju jedni s drugima. Takva interakcija može dovesti do promjene u mehaničkom stanju tijela koja tvore sustav.

Kakav je učinak zakona očuvanja zamaha?

Prvi je put ovaj zakon najavio francuski filozof i fizičar R. Descartes. Kada dva ili više tijela stupaju u interakciju, između njih se stvara zatvoreni sustav. Kada se kreće, svako tijelo ima svoj impuls. To je tjelesna masa pomnožena brzinom. Ukupni impuls sustava jednak je vektorskom zbroju impulsa tijela u njemu. Impuls bilo kojeg tijela unutar sustava varira zbog njihovog međusobnog utjecaja. Ukupni impuls tijela u zatvorenom sustavu ostaje nepromijenjen tijekom različitih pokreta i interakcija tijela. To je zakon očuvanja zamaha.

Primjeri djelovanja ovog zakona su bilo kakvi sudari tijela (bilijarske kugle, automobili, elementarne čestice), kao i lomovi tijela i pucanje. Kada je oružje ispaljeno, dolazi do trzanja: projektil juri naprijed, a oružje se samo povlači. Zašto se to događa? Metak i oružje međusobno tvore zatvoreni sustav u kojem djeluje zakon o očuvanju zamaha. Prilikom pucanja mijenjaju se impulsi samog oružja i metka. Međutim, ukupni impuls oružja i metak u njemu prije nego što je pucao bit će jednak ukupnom impulsu odvojenog oružja i ispaljenog metka nakon pucnjave. Kad bi metak i pištolj imali istu masu, raspali bi se u suprotnim smjerovima s istom brzinom.

Zakon o očuvanju impulsa ima široku praktičnu primjenu. To vam omogućuje da objasnite mlazni pogon, zbog čega se postižu najveće brzine.

Reaktivni pokret u fizici

Najupečatljiviji primjer zakona očuvanja momenta je gibanje mlazom koje izvodi raketa. Najvažniji dio motora je komora za izgaranje. U jednom od njegovih zidova nalazi se mlaznica, prilagođena oslobađanju plina koji nastaje pri sagorijevanju goriva. Pod djelovanjem visokih temperatura i tlaka plina pri velikoj brzini iz mlaznice motora. Prije lansiranja rakete, njezin zamah u odnosu na Zemlju je nula. U vrijeme lansiranja, raketa također prima puls koji je jednak impulsu plina, ali suprotno u smjeru.

Primjer fizike mlaznog pogona može se vidjeti svugdje. Tijekom proslave rođendana, balon može postati raketa. Na koji način? Napuhajte balon tako što ćete otvoriti otvor tako da zrak ne izlazi iz njega. Sada ga pusti. Balon s velikom brzinom vozit će se po sobi, vođen zrakom koji iz njega izlazi.

Povijest mlazne propulzije

Povijest mlaznih motora počela je još davne 120. godine prije Krista, kada je čaplja Aleksandrija dizajnirala prvi mlazni motor, eolipil. Voda se sipa u metalnu kuglu koja se zagrijava vatrom. Para koja izlazi iz te lopte okreće je. Ovaj uređaj pokazuje mlazni pogon. Svećenici geronskih motora uspješno su se koristili za otvaranje i zatvaranje vrata hrama. Modifikacija eolipila - Segner kotača, koji se učinkovito koristi u naše vrijeme za navodnjavanje poljoprivrednog zemljišta. U 16. stoljeću Jovani Branca je u svijet uveo prvu parnu turbinu koja je radila na principu mlaznog pogona. Isaac Newton predložio je jedan od prvih projekata parnih automobila.

Prvi pokušaji korištenja mlaznog pogona u tehnologiji za kretanje po Zemlji pripadaju 15-17 stoljeću. Prije 1000 godina, Kinezi su imali rakete koje su služile kao vojno oružje. Na primjer, u 1232, prema kroniki, u ratu s Mongolima, oni su koristili strijele, opremljene raketama.

Prvi pokušaji izgradnje mlaznog aviona započeli su 1910. Kao temelj raketnog istraživanja proteklih stoljeća, detaljno je opisano korištenje ubrzivača praha koji mogu značajno smanjiti duljinu naknadnog izgaranja i polijevanja. Glavni dizajner bio je rumunjski inženjer Henri Coanda, koji je izgradio zrakoplov temeljen na klipnom motoru. Pionir mlaznog pogona u tehnici s pravom se može zvati inženjer iz Engleske - Frank Whitle, koji je predložio prve ideje o stvaranju mlaznog motora i dobio svoj patent za njih krajem 19. stoljeća.

Prvi mlazni motori

Prvi put je razvoj mlaznog motora u Rusiji započeo početkom 20. stoljeća. Teoriju gibanja mlaznih aparata i raketne tehnologije koja je sposobna razviti nadzvučnu brzinu, dao je poznati ruski znanstvenik K. E. Tsiolkovsky. Talentirani dizajner A. M. Lyulka uspio je oživjeti tu ideju. On je stvorio projekt prvog zrakoplova SSSR-a koji je radio uz pomoć mlazne turbine. Prvi mlazni zrakoplovi stvorili su njemački inženjeri. Izrada projekata i proizvodnja provedena je potajno u prikrivenim tvornicama. Hitler je, sa svojom idejom da postane svjetski vladar, povezao najbolje njemačke dizajnere s najsnažnijim oružjem, uključujući i brze letjelice. Najuspješniji od njih bio je prvi njemački avion Messerschmitt-262. ovo zrakoplov Postao je prvi u svijetu koji je uspješno izdržao sve testove, slobodno se povukao u zrak i nakon toga počeo se masovno proizvoditi.

Zrakoplov je imao sljedeće značajke:

• Uređaj je imao dva turboreaktivna motora.
• Radar se nalazio u pramcu.
• Maksimalna brzina zrakoplova iznosila je 900 km / h.

Zahvaljujući svim tim pokazateljima i značajkama dizajna, prvi mlazni zrakoplov Messerschmitt-262 bio je golemo oružje u borbi protiv drugih zrakoplova.

Prototipovi suvremenih zrakoplova

U poslijeratnom razdoblju ruski dizajneri stvorili su mlazni zrakoplov, koji je kasnije postao prototip modernih zrakoplova.

I-250, poznatiji kao legendarni MiG-13, borac je na kojem je radio AI Mikoyan. Prvi let izvršen je u proljeće 1945. godine, kada je borbeni zrakoplov pokazao rekordnu brzinu koja je dosegnula 820 km / h. Lansirani su mlazni zrakoplovi MiG-9 i Yak-15.

U travnju 1945., prvi put, P. Suhoj - Su-5 poletio je u nebo, dižući se i leteći zbog zračnog mlaznog kompresora i klipnog motora koji se nalazi u repnom dijelu konstrukcije.

Nakon završetka rata i predaje fašističke Njemačke, Sovjetski je Savez uzeo njemačke zrakoplove s JUMO-004 i BMW-003 kao trofeje.

Prvi svjetski prototipovi

Ne samo njemački i sovjetski dizajneri bili su uključeni u razvoj, testiranje novih zrakoplova i njihovu proizvodnju. Inženjeri iz SAD-a, Italije, Japana i Velike Britanije također su stvorili nekoliko uspješnih projekata, koristeći pogon u pogonima. Među prvim razvojima s različitim tipovima motora su:

• Nije-178 - njemačka zrakoplovna turbojet elektrana, podignuta u zrak u kolovozu 1939.
• GlosterE. 28/39 - zrakoplov iz Velike Britanije, s turbojet motorom, prvi je put uletio u nebo 1941. godine.
• Not-176 - borac stvoren u Njemačkoj raketnim motorom, prvi je let obavio u srpnju 1939. godine.
• BI-2 - prvi sovjetski zrakoplov koji je pokrenut raketnom elektranom.
• CampiniN.1 - mlazni zrakoplov stvoren u Italiji, koji je postao prvi pokušaj talijanskih dizajnera da se odmaknu od klipnog pandana.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") s Tsu-11 motorom je japanski borac-bombarder, takozvani jednokratni zrakoplov s pilotom kamikaze na brodu.

Uporaba mlaznog pogona dala je oštar poticaj brzom stvaranju sljedećih mlaznih zrakoplova i daljnjem razvoju vojnih i civilnih zrakoplova.

1. GlosterMeteor - zrakoplovni zrakoplovni lovac, proizveden u Velikoj Britaniji 1943., odigrao je značajnu ulogu u Drugom svjetskom ratu, a nakon dovršetka izvršio je zadatak njemačkih raketa V-1.
2. LockheedF-80 je mlazni zrakoplov proizveden u SAD-u koji koristi motor tipa AllisonJ. Ti su zrakoplovi više puta sudjelovali u japansko-korejskom ratu.
3. B-45 Tornado je prototip modernih američkih B-52 bombardera, nastalih 1947. godine.
4. MiG-15 - sljedbenik priznatog borbenog aviona MiG-9, koji je aktivno sudjelovao u vojnom sukobu u Koreji, proizveden je u prosincu 1947. godine.
5. Tu-144 je prvi sovjetski zrakoplov s zračnim mlazom.

Moderni mlazni aparat

Svake godine zrakoplovi se poboljšavaju, jer dizajneri iz cijelog svijeta rade na stvaranju vozila nove generacije sposobnih letjeti brzinom zvuka i nadzvučnim brzinama. Sada postoje linijski brodovi koji mogu primiti veliki broj putnika i tereta, s ogromnim dimenzijama i nezamislivom brzinom od preko 3000 km / h, vojni zrakoplov opremljen suvremenom borbenom opremom.

No, među tom raznolikošću postoji nekoliko dizajna nosača rekorda:

1. Airbus A380 je najudobniji uređaj koji može primiti 853 putnika na brodu, koji je opremljen dvokatnom strukturom. On je također jedan od najluksuznijih i najskupljih zrakoplova našeg vremena. Najveći putnički brod u zraku.
2. Boeing 747 - više od 35 godina smatra se najdugovječnijim dvokatnim brodom i može prevesti 524 putnika.
3. AN-225 "Mriya" - teretni zrakoplov, koji se može pohvaliti nosivosti 250 tona.
4. LockheedSR-71 je mlazni zrakoplov koji tijekom leta doseže brzinu od 3529 km / h.

Zrakoplovna istraživanja ne stoje, jer su avioni zrakoplova temelj brzog razvoja modernog zrakoplovstva. Sada je u izradi nekoliko zapadnih i ruskih zrakoplovnih zrakoplova s ​​posadom, putnicima i bespilotnim letjelicama s mlaznim motorima, čije je puštanje u prodaju u narednih nekoliko godina.

Ruski inovativni razvoj budućnosti uključuje borbu PAK FA - T-50 pete generacije, čije će prve kopije ići na trupe navodno krajem 2017. ili početkom 2018. godine nakon testiranja novog mlaznog motora.

Priroda je primjer mlaznog pogona.

Reaktivni princip kretanja izvorno je predložila sama priroda. Djeluju neke ličinke. vrsta vretenaca, meduza, mnogi mekušci - školjke, sipa, hobotnica, lignje. Oni primjenjuju neku vrstu "načela odbijanja". Sipa vuče vodu i baca ga tako brzo da i sami skok naprijed. Lignje, koristeći ovu metodu, mogu dostići brzine do 70 kilometara na sat. Zato je ovaj način prijevoza dopušteno nazvati lignje "biološkim raketama". Inženjeri su već izmislili motor koji radi na principu pokreta lignje. Jedan primjer uporabe mlaznog pogona u prirodi i tehnologiji je mlaz.

To je uređaj koji osigurava kretanje kroz snagu vode koja se ispušta pod jakim pritiskom. U uređaj se voda pumpa u komoru, a zatim iz nje izbacuje kroz mlaznicu, a posuda se kreće u smjeru suprotnom od ispuštanja mlaza. Voda se uvlači s motorom koji radi na dizel ili benzin.

Primjeri mlaznog pogona nude nam i biljni svijet. Među njima su vrste koje koriste takav pokret za širenje sjemena, na primjer, mahnita krastavac. Samo je izvana ova biljka poput uobičajenih krastavaca za nas. I karakteristična "luda" koju je dobila zbog čudne metode reprodukcije. Zreo, plod se odbija od stabljike. Kao rezultat, otvara se rupa kroz koju krastavac puca s tvari koja sadrži sjemenke pogodne za klijanje uporabom reaktivnosti. I krastavac se istovremeno odbija do dvanaest metara u smjeru suprotnom od pucnja.

Manifestacija u prirodi i tehnika mlaznog pogona podložni su istim zakonima svemira. Čovječanstvo sve više koristi te zakone kako bi postiglo svoje ciljeve ne samo u atmosferi Zemlje, već iu prostranstvu, a mlazni pogon je živ primjer.