0: Сегодня мы рассмотрим 1 из ярких применений закона сохранения импульса.

1: Реактивное движение следующая сегодняшняя тема реактивное.

2: Движение.

3: Домашнее задание вы уже записали. Итак, представьте себе следующую ситуацию. На роликовых коньках стоит мальчик или на обычных коньках, или на скейте.

4: И держит в руках мяч. Вот, допустим, скейт, вот мальчик держит в руках мяч скейт.

5: Неподвижен.

6: И мальчик тоже неподвижен.

7: Масса меча.

8: Обозначим м. Меча.

9: И масса мальчика.

10: Тоже, м м, ну давайте, пусть будет девочка, это будет не мальчик, а девочка масса девочки. Вот так теперь.

11: Девочка бросает мяч с какой-то скоростью в 1 сторону, например влево. Смотрите что получается девочка сообщает мячу скорость то есть благодаря

12: Действиям девочки мяч движется с ускорением, но для этого девочка должна действовать на мяч с какой-то силой, раз меняется скорость мяча, но если девочка действует на мяч с какой-то силой, то по 3 закону ньютона 100.

13: Такой же силой, только направленной в противоположную сторону, мяч будет отталкивать девочку, в результате будет двигаться мяч. Поскольку девочка стоит на скейте, то систему можно считать замкнутой, поскольку перемеще

14: Девочки вместе со скейтом ничто не препятствует, силы, трения нет, а вертикальные силы скомпенсированы, случай, а мы о нём рассматривали. Значит, суммарный импульс мяча и девочки останется неизменным, и это значит, что мяч полетит в 1 сторону.

15: Сторону, а девочка в противоположную сторону. Ну давайте изобразим это, это было до в наших привычных обозначениях. А вот что будет после броска? Девочка движется.

16: Какой-то скоростью.

17: В девочки.

18: Мяч движется в противоположную сторону со скоростью в мяча.

19: Поскольку система замкнута, да надо же колёсики нарисовать, иначе иначе система не будет замкнута, поскольку система замкнута, выполняется закон сохранения импульса, чему равняется суммарный импульс меча.

20: Девочки, вот до того, как она бросила

21: Нулю. Оба тела неподвижны. Значит, мы можем написать по закону сохранения импульса 0 вектор равняется ма.

22: Mecha на скорость меча векторно, плюс масса девочки на скорость, девочки векторное.

23: Теперь давайте проведём ось какую-нибудь, давайте проведём её влево, чтобы девочка бросала мяч в положительном направлении ось икс.

24: Тогда у нас получится 0, равняется масса меча на масс, на скорость меча в проекции на ось икс плюс масса девочки на ско.

25: Девочки, проекция на ось икс.

26: Найдём отсюда скорость, девочки.

27: Значит, мы переносим скорость девочки и массу девочки влево получаем. Масса девочки. Скорость девочки в проекции на ось икс равняется минус масса меча.

28: На скорость меча в проекции на ось икс откуда скорость девочки в проекции на ось икс равняется минус масса меча делить на массу девочки умно.

29: Умножить на скорость мяча в проекции на ось икс. То есть мы с вами видим из этой формулы, что в результате броска мяча девочка начинает

30: Двигаться в сторону противоположную.

31: Направление движения мяча об этом говорит этот знак. Знак минус скорость девочки будет тем больше, чем больше масса меча и чем более стройная девочка, чем меньше масса девочки, мы

32: Использовали закон сохранения импульса. Девочка держала какой-то большой 1 мяч. А теперь представьте себе, что у девочки есть корзинка, в которой не большой 1 мяч, а много маленьких мячей, и она

33: Стоя на скейте, 1 за другим бросает эти мячи, доставая их из корзинки. Что будет происходить? Она будет потихонечку наращивать свою скорость, то есть возникает движение, что является

34: Причиной движения давайте договоримся о таких терминах девочка, и мечи это совокупность тел, образующих, ну условно замкнутую систему, так в результате чего возникает движение, что является причиной этого движения.

35: От системы отделяются её части.

36: И не просто отделяется. Это не то, что девочка взяла мячик из корзинки, достала и отпустила его. Она придала ему какую-то скорость. И вот движения, возникающие в следствии отделения от системы её

37: Частей с определённой скоростью называется реактивным движением. Это определение. Давайте запишем движение. Определение реактивного движения, движение

38: Возникающее вследствие движение, возникающее вследствие отделения от системы.

39: Возникающие вследствие отделения от системы её частей с определённой скоростью.

40: Возникающее вследствие отделения от системы её частей с определённой скоростью называется реактивным движением.

41: Движение, возникающее вследствие отделения от системы её частей с определённой скоростью, называется реактивным движением, называется реактивным движением.

42: Здесь важно 2 слова вследствие, то есть причиной реактивного движения является отделение от системы, причём не просто отделение, а отделение с какой-то скоростью, если просто напросто девочка.

43: Перестанет держать мяч. Как я уже сказал, реактивного движения никакого не возникнет. Вот так. Ну а вместо мячей от системы может отделяться все, что угодно. Можете дома провести такой опыт возьми.

44: Может, многие делали этот опыт? Пойдите в ванную, положите душ в саму ванную, вот этот вот распылитель. Так и включите воду. Ну вот многие уже заулыбались, знают, что получается, только если придёте сразу.

45: Из школы не делайте этот опыт, сначала переоденьтесь, потому что эта штука ведёт себя совершенно непредсказуемо, начинает метаться во все стороны. Пожарникам приходится держать бросой. Иногда несколько человек.

46: Человек для этого требуется с очень большой силой, потому что в результате реактивного движения, если этого не делать, то сам сам бросой, сама вот эта труба начнёт двигаться с большой скоростью. Это тоже реактивное движение. А что

47: Удержать его в руках брансбойт требуется сила. Эта сила называется реактивная сила, то есть сила, которая возникает при отделении от тела её частей, от системы её частей с определённой скоростью. Это реактивная сила. Мы с вами научимся её.

48: Рассчитывать при решении задач. Ну что ж, 1 из наиболее заманчивых, 1 из наиболее заманчивых применений реактивного движения это движение в безвоздушном пространстве или в пространстве, где низкое, очень атмосферное давление.

49: Самолёт винтовой не может подняться выше определённого потолка, потому что самолёт движется благодаря тому, что винты отталкивают воздух назад, и таким образом самолёт движется вперёд, если воздуха мало в верхних.

50: Слоях атмосферы, то такой винтовой винтовой движитель будет работать неэффективно и вот можно использовать реактивное движение. Ну и оно же будет работать и в космическом пространстве. Давайте

51: Вместо девочки рассмотрим ракету и бросать. Эта ракета будет из себя продукты сгорания топлива. Тогда можно записать формулу, аналогичную вот этой.

52: Допустим, у нас имеется ракета.

53: Массу корпуса обозначим.

54: М. К массу газов, содержащихся в ракете в баках ракеты масса горючего, масса горючего. Это

55: Система до.

56: А теперь представьте себе, что ракета выбросила из себя топливо для того, чтобы оно выбрасывалось с большой скоростью, его поджигают, то есть жидкое или твёрдое топливо в ракетном двигателе.

57: Превращается в газ, и молекулы Газа при огромной температуре движутся со скоростями порядка нескольких километров в секунду, и в результате после того, как отработало топливо, отработал двигатель ракета

58: Приобретает какую-то скорость, обозначим скорость в ракеты, а газы

59: Вылетевшая.

60: Приобретают скорость.

61: В газов.

62: Если предположить, что так на самом деле не бывает, конечно, если предположить, что топливо сгорает мгновенно.

63: Если топливо.

64: Сгорает мгновенно.

65: То мы можем воспользоваться вот этой формулой, только вместо скорости девочки будет скорость ракеты в ракеты. Я уже запишу для модуля, то есть знак минуса писать не буду. Ра.

66: Равняется вместо массы меча будет масса горючего, вместо массы девочки будет масса корпуса ракеты умножить на скорость горю.

67: Чего вот так?

68: Нам не нужна никакая атмосфера в открытом космосе, в безвоздушном пространстве реактивное движение, то есть фактически закон сохранения импульса позволяет перемещаться. Это

69: Идея пришла впервые школьному учителю, работавшему в городе Калуге, которого звали Константин Эдуардович циолковский, его называют отцом космонавтики.

70: Константин.

71: Эдуардович.

72: Циолковский.

73: Ему принадлежит идея использования реактивного движения для передвижения, перемещения в космическом пространстве. Циолковский рассматривал не только случай, когда топливо сгорает мгновенно, как вот мы сейчас с вами, но и он про

74: Анализировал, что будет происходить с ракетой, если топливо испускается постепенно. То есть, если двигатель работает длительное время, существует уравнение, которое называется уравнение мещёрского, мы его в школе не изучаем, это уравнение описывает движение.

75: Тел с переменной массой тут же, поскольку топливо сгорает, то масса топлива меняется, масса ракеты меняется, и вот, пользуясь уравнением мещёрского, можно получить формулу она и называется формула циолковского, которая позволяет рассчитать скорость ракеты макси.

76: Когда она сожжёт все топливо, она достаточно сложна. Там встречается такая штука, как логарифм, который вы будете изучать только в 11 классе, поэтому мы формулу циолковского обсуждать не будем, но на качественном

77: Уровне понятно, что скорость ракеты, а мы хотим достичь 1 космической, а может быть, даже 2 космической скорости скорость ракеты будет тем больше, чем быстрее истекают газы из ракеты. Это значит, что нужно придум.

78: Такие изобретать, отыскивать такие виды топлива, которые, сгорая, дают струю газов с очень большой скоростью у современных ракетных топлив из сопла реактивного двигателя газ вылетает со скоростью.

79: Более 2 километров в секунду. То есть это значительно больше скорости звука. Это раз. Во вторых, масса корпуса стоит в знаменателе. Это значит, что чем массивнее ракета

80: Тем менее, эффективно будет работать его, её реактивный двигатель, и вот на самом деле ракета на старте, масса ракеты на старте это в основном масса содержащегося в ракете топлива. Циолковский предложил.

81: Кстати, в качестве топлива использовать жидкий водород и жидкий кислород. Они как раз когда сгорают, получается вода, причём энергия при этом выделяется большая, а раз большая энергия, значит большая скорость у вытекающих газов, у Паров воды.

82: Очень долго эта идея оставалась только на бумаге. И вот в последнее время начали использовать именно двигатели на водороде и кислороде. Проблема в том, что очень трудно содержать жидкий водород и жидкий кислород, они же при очень низкой

83: Температуре хранятся, но самые современные ракетные двигатели используют водородо кислородное топливо. Это идея циолковского, что Андрей, а осьминогу мешает быть реактивным именно вода осьминог как раз реактивное движение производит осьми.

84: Но выбрасывает из себя струю воды. Кстати, если уже говорить о реактивном движении, вот эти скутеры, которые гоняют у нас по морю, они ведь тоже используют реактивное движение, там имеется.

85: Движитель, который представляет собой насос, он закачивает воду морскую наружи и с большой скоростью выбрасывает её назад. Таким образом, вот эти скутеры водяные, они тоже используют принцип реактивного движения, то есть не только в космосе.

86: Возвращаемся сюда, что придумал циолковский. Во первых, он понял, что должно быть как можно более быстрое вытекание Газа, и, во вторых, как можно меньше корпус ракеты меньше. В смысле.

87: Массы. Но что делать, если вам нужно? Может быть, там несколько сотен тонн водорода и кислорода или какого-то другого топлива держать в прочном корпусе придётся делать тяжёлый корпус.

88: Но после того, как топливо сгорело, получается, что на остатках топлива придётся пустой бак разгонять дальше. И вот циолковский придумал многоступенчатую ракету, то есть.

89: Ракета состоит из нескольких частей, 1 ступень это массивный прочный корпус, наполненный топливом, когда сгорает это топливо, то 1 ступень просто отбрасывается, она отстреливается, отделяется.

90: 2, 2 ступень используется уже для того, чтобы вывести ракету на орбиту. 1 ступень. Она нужна для того, чтобы поднять ракету повыше. Там, допустим, на высоту несколько Десятков километров. Дальше 2 ступень использу.

91: Для того, чтобы вывести ракету на орбиту, например, там на высоту порядка 100 километров, если это околоземный спутник, 3 ступень это ракета, содержащая уже маневровые двигатели, там много топлива не нужно.

92: Там существуют вообще интересные, очень остроумные конструкции двигателей, которые создают микроту какие-то там сотые тысячные доли ньютона, они предназначены для корректирования орбиты и вот в 3 ступени находятся вот эти вот

93: Двигатели малой тяги. В этой 3 ступени находится аппаратура. Ну, если это, допустим, космическая станция, то там находятся люди. Эта 3 ступень, в случае, если корабль многоразового использования садится потом на землю и

94: Если снова 2 и 1 ступень присоединить к ней, то можно использовать эту 3 ступень. Она самая дорогая, там сложная аппаратура. Многократно такая идея используется американцами в шатлах такая идея использовалась.

95: В как он называется? Буран буран. В Советском союзе тоже такой многоразовый корабль. Многие говорили, что вот буран, мол, конструкция бурана скопирована с американской конструкции. Они действительно очень похо.

96: Эти 2 конструкции, но так получается не потому, что кто-то у кого-то что то копировал, потому что и американцы, и советские физики, инженеры решали одни и те же уравнения, и

97: Раз одни и те же уравнения, одни и те же начальные условия, то и результат получается одинаковый. Поэтому так похожи американские шаттлы и советские бураны. Итак, для чего ракеты делают многоступенчатыми? Для того, чтобы

98: Мере сгорания топлива можно было избавиться от необходимости возить пустые топливные баки. Их просто напросто отделяют от ракеты. Ракета облегчённо летит дальше. Вот то, что я хотел вам рассказать.

99: О реактивном движении. Ну давайте ещё решим задачку на эту тему.

100: Задача 22 23 по задачнику бажиновой.

101: Номер 22 23 Баженова.

102: Определите массу горючего, необходимого для придания одноступенчатой ракете массой 18 800 килограмм 1 космической скорости, считая, что газы выбрасывают.

103: Из ракеты со скоростью 2 километра в секунду, не постепенно, а мгновенно. 1 космическая скорость равна 7,9 километра в секунду. Итак, масса ракеты.

104: Равняется 800 килограмм.

105: Нужно, чтобы ракета достигла 1 космической скорости. В 1 равняется 7,9 километра в секунду, и газы выбрасываются мгновенно со скоростью в

106: Газов 2 километра в секунду определите массу горючего.

107: Масса горючего.

108: Вот так. Ну давайте использовать традиционный подход. Нарисуем 2 рисунка до и после, до сгорания горючего и после сгорания горючего до

109: Ракета.

110: Заправленная горючим. Вот топливные баки все вместе это масса ракеты, 800 килограмм, ракета с топливом.

111: Дальше.

112: После сгорания топлива.

113: Получается следующее ракета уже пустая.

114: Движется со скоростью.

115: 1 космической в 1 по условию задачи в 1 газы, выброшенные из ракетного двигателя, двигаются со скоростью в Газа.

116: Нам нужно найти массу горючего. Масса горючего. Вот она, здесь.

117: Но после сгорания это все горючее превратилось в газ. В горючее входит и собственно топливо, и окислитель, то есть кислород, либо там азотная кислота используется в качестве окислителя в некоторых двигателях, значит, вот где теперь

118: Горючее.

119: А какова масса оболочки?

120: Разница масса ракеты минус, масса горючего.

121: Вот так. Система замкнутая. Следовательно, мы можем использовать закон сохранения импульса. Пишем по закону сохранения импульса. Можно сразу.

122: Записывать в векторной форме со скоростями. Считаем, что здесь скорость нулевая 0 вектор равняется сумме импульсов этих g2 тел.

123: После взаимодействия, то есть масса горючего на скорость горючего, ну, газов вектор плюс масса ракеты минус масса горючего на

124: Скорость в 1 вектор.

125: Теперь выбираем ось.

126: Например, вот эту в направлении движения ракеты и проектируем векторный закон на ось икс мы получаем 0 равня.

127: Масса горючего умножить на скорость газов, скорость газов направлена против оси икс, поэтому мы можем написать тут либо проекцию.

128: Скорости газов на ось икс либо минус модуль. Я напишу сразу минус модуль, масса газов на скорость газов, скорость газов направлена против оси икс плюс масса ракеты ми.

129: Масса горючего на 1 космическую скорость скорость эта имеет проекцию, равную модулю, так как вектор направлен вдоль оси икс о на в 1 1 космическую скорость. Ну вот и все физика.

130: Закончено. Теперь остаётся только решить это уравнение. Нас спрашивает массу горючего. Она тут встречается в 2 местах, поэтому раскрываем скобки. Можно перенести.

131: Ну давайте раскроем скобки 0 равняется минус масса горючего, скорость горючего плюс масса ракеты на 1 космическую скорость минус масса.

132: Горючего на 1 космическую скорость.

133: Теперь слагаемые, содержащие неизвестные вот они, подчеркнул я их, давайте перенесём их в левую часть, у нас получится с плюсом уже масса горючего на скорость горючего плюс.

134: Масса горючего на 1 космическую скорость равняется масса ракеты на 1 космическую скорость массу горючего выносим за скобки, масса горючего в скобках остаётся.

135: Скорость горючего плюс 1 космическая скорость равняется массе ракеты на 1 космическую скорость и

136: Последнее отсюда выражаем массу горючего масса горючего равняется массе ракеты умножить на в числителе в 1, а в знамёна.

137: В газов плюс в 1.

138: Вот рабочая формула.

139: Вычисляем.

140: Масса горючего равняется масса ракеты 800 килограмм умножить на 1 космическую скорость. Смотрите, поскольку эта дробь безразмерная, то можно в километрах в секунду брать 1 космическая.

141: 7,9 километров в секунду делить на скорость горючего 2 километра в секунду + 7 и 9 километров в секунду скорость.

142: Единицы скорости сокращаются, равняется 800 килограмм, умножить на 7,9 и делить на 9,9 равняется.

143: 638 638. Вы посчитали? Да? Так, округляем, потому что здесь 2 значащих цифры до 2 значащих цифр. Значит, 638 округляется до 640. Пишем приблизительно.

144: Равняется 640 килограмм. Вот посмотрите, получается, что в основном из восьмиста килограмм массы ракеты 600

145: 40 килограмм занимает топливо, то есть в основном ракета состоит из топлива, поэтому пустая ракета это уже тяжёлый бак, в котором содержится это топливо и имеет смысл этот бак дальше не возить, сбросить его.

146: Обычно сбрасывают его в океан. И ещё с этой формулой давайте немножко поиграемся. Посмотрите, скорость горючего у нас находится в знаменателе. Это значит, чем

147: Больше скорость, с которой отделяются газы от ракеты, тем меньше нужно топлива брать с собой.

148: Существуют двигатели реактивные, это двигатели малой тяги, которые используют ионы, то есть ионные двигатели. Ионы разгоняются электрическим полем до очень высоких скоростей. Это даёт возможность исполь.

149: Очень небольшое количество топлива, ионизируя его и разгоняя эти ионы в электрическом поле, получать реактивную тягу, и, наконец, фантасты придумали так называемые фотонные двигатели.

150: Тонные двигатели. Они используют тот факт, что свет это поток частиц. На самом деле. Точнее, свет можно описать как поток частиц. На самом деле тут все не так просто. Свет одновременно в одних опытах.

151: Проявляет свойства волн, а в других свойства частиц. Подробнее об этом мы будем говорить в 11 классе. Но этот поток частиц фотонов обладает массой, но скорость, с которой они движутся, это скорость света. То есть эта скорость чудовищно большая.

152: Это даёт возможность строить эффективные реактивные двигатели. Кроме того, оказывается, что это позволяет разогнать ракету до таких скоростей. Ну, пока что только на бумаге у фантастов, что становится доступно.

153: Буквально там межгалактические путешествия, правда?

154: В этих путешествиях космонавты навсегда покидают землю, потому что даже если они вернутся, допустим, они вернутся через 10 лет, но на земле в это время может пройти несколько тысячелетий, эти эффекты называются эффектами теория

155: Относительности, которую автор, которой является Альберт эйнштейн, с этим мы тоже будем с вами знакомиться в 11 классе. Но сейчас мы с вами посмотрим реактивное движение не на фотонном двигателе.

156: Не на каких-то экзотических топливах, а

157: Просто на воде. Вот это устройство называется сегнерово колесо.

158: Давайте нарисуем его.

159: Сегнерова.

160: Оно известно очень давно, и главной деталью этого сегнерово колеса является сосуд конической или цилиндрической формы в него.

161: Можно налить воду, а вот здесь трубки в обе стороны, но трубки не просто торчат в бок, они немножко изогнуты. Рисуем вот сам конус.

162: И вот 1 трубка.

163: Изогнутая вот в эту сторону к нам, а с другой стороны другая такая же трубка, но изогнутая от нас. Вот так если

164: И теперь налить сюда воды.

165: То вода вытекает здесь в 1 сторону.

166: Здесь она вытекает в другую сторону в результате, если поместить это колесо на ось.

167: Тут какой-то подшипник.

168: То возникнет реактивная тяга, реактивная сила. Поскольку здесь вода выбрасывается к нам, то реактивная сила будет направлена от нас за доску, поскольку здесь вода выбрасывается за

169: Доску, то тут реактивная сила будет направлена к нам. В результате колесо начнёт вращаться, как подсказывает нам теория реактивного движения вот в этом направлении.

170: Подготавливаем к старту нашу систему.

171: Сегнерово колесо. Ну, наверное, да. Так.

172: Вот.

173: Вода заливаем. Ну, иди, Дима, да, будешь работать сегнерова. Так, лей, аккуратно, но обильно.

174: Melo все, выливай.

175: Вот спасибо, присаживайся. Вот такая игрушка демонстрирует нам 1 из важнейших видов движения.

176: Активное движение, которое делает возможным, делает возможным полёты в верхних слоях атмосферы и полёты в космосе.

177: Ну вот, все, на сегодня урок окончен.