Реактивний рух в природі і техніці

У багатьох людей саме поняття «реактивного руху» міцно асоціюється з сучасними досягненнями науки і техніки, особливо фізики, а в голові з’являються образи реактивних літаків або навіть космічних кораблів, що літають на надзвукових швидкостях з допомогою реактивних двигунів. Насправді ж явище реактивного руху набагато більш древнє, ніж сама людина, адже воно з’явилося задовго до нас, людей. Так, реактивний рух активно представлений в природі: медузи, восьминоги, каракатиці ось вже мільйони років плавають у морських безоднях по тому ж самому принципу, за яким сьогодні літають сучасні надзвукові реактивні літаки.

Історія

З давніх часів різні вчені спостерігали явища реактивного руху в природі, так найраніше про нього писав давньогрецький математик і механік Герон, правда, далі теорії він так і не зайшов.

Якщо ж говорити про практичне застосування реактивного руху, то першими тут були винахідливі китайці. Приблизно в XIII столітті вони здогадалися запозичити принцип руху восьминогів і каракатиць при винаході перших ракет, які вони почали використовувати, як для феєрверків, так і для бойових дій (в якості бойової та сигнальної зброї). Трохи пізніше цей корисний винахід китайців перейняли араби, а від них вже й європейці.

Зрозуміло, перші умовно реактивні ракети мали порівняно примітивну конструкцію і протягом кількох століть вони практично ніяк не розвивалися, здавалося, що історія розвитку реактивного руху завмерла. Прорив у цій справі відбулося лише в XIX столітті.

Хто відкрив

Мабуть, лаври першовідкривача реактивного руху в «новому часі» можна присудити Миколі Кибальчичу, не лише талановитому російському винахіднику, але і за сумісництвом революціонеру-народовольцю. Свій проект реактивного двигуна і літального апарату для людей він створив сидячи в царській тюрмі. Пізніше Кибальчич був страчений за свою революційну діяльність, а його проект так і залишився припадати пилом на полицях в архівах царської охранки.

Пізніше роботи Кибальчича в цьому напрямку були відкриті і доповнені працями ще одного талановитого вченого К. Е. Ціолковського. З 1903 по 1914 рік ним було опубліковано ряд робіт, в яких переконливо доводилася можливість використання реактивного руху при створенні космічних кораблів для дослідження космічного простору. Ним же був сформований принцип використання багатоступінчастих ракет. І донині багато ідей Ціолковського застосовуються в ракетобудуванні.

Приклади у природі

Напевно купаючись у морі, Ви бачили медуз, але навряд чи замислювалися, що пересуваються ці дивовижні (і до того ж повільні) істоти якраз таки завдяки реактивному руху. А саме з допомогою скорочення свого прозорого купола вони витісняють воду, яка служить свого роду «реактивних двигуном» медуз.

Схожий механізм руху має і каракатиця – через особливу воронку попереду тіла і через бічну щілину вона набирає воду у свою зяброву порожнину, а потім енергійно викидає її через воронку, спрямовану назад або в бік (залежно від напрямку руху потрібного каракатиці).

Але найцікавіший реактивний двигун створений природою є у кальмарів, яких цілком справедливо можна назвати «живими торпедами». Адже навіть тіло цих тварин за своєю формою нагадує ракету, хоча по правді все якраз з точністю до навпаки – це ракета своєю конструкцією копіює тіло кальмара.

Якщо кальмару необхідно здійснити швидкий кидок, він використовує свій природний реактивний двигун. Тіло його оточене мантією, особливою м’язовою тканиною і половина всього обсягу кальмара припадає на мантійну порожнину, в яку той всмоктує воду. Потім він різко викидає набраний струмінь води через вузьке сопло, при цьому складаючи всі свої десть щупалець над головою таким чином, щоб придбати обтічну форму. Завдяки настільки досконалій реактивній навігації кальмари можуть досягати вражаючої швидкості – 60-70 км на годину.

Серед володарів реактивного двигуна в природі є і рослини, а саме так званий «скажений огірок». Коли його плоди дозрівають, у відповідь на легкий дотик він вистрілює клейковиною з насінням

Закон руху

Кальмари, «скажені огірки», медузи та інші каракатиці здавна користуються реактивним рухом, не замислюючись про його фізичну суть, ми ж спробуємо розібрати, в чому суть реактивного руху, який рух називають реактивним, дати йому визначення.

Для початку можна вдатися до простого досліду – якщо надути звичайну повітряну кульку повітрям і, не зав’язуючи відпустити в політ, вона буде стрімко летіти, поки у неї не витратиться запас повітря. Таке явище пояснює третій закон Ньютона, який говорить, що два тіла взаємодіють з силами, рівними за величиною і протилежними за напрямом.

Тобто сила впливу кульки на потоки повітря, що вириваються з неї дорівнює силі, з якою повітря відштовхує від себе кульку. За схожим з кулькою принципом працює і ракета, яка на величезній швидкості викидає частину своєї маси, при цьому отримуючи сильне прискорення в протилежному напрямку.

Закон збереження імпульсу

Фізика пояснює процес реактивного руху законом збереження імпульсу. Імпульс це добуток маси тіла на його швидкість (mv). Коли ракета перебуває в стані спокою її імпульс і швидкість дорівнюють нулю. Коли ж з неї починає викидатися реактивний струмінь, то інша частина згідно із законом збереження імпульсу, повинна придбати таку швидкість, при якій сумарний імпульс буде як і раніше дорівнювати нулю.

Формула

В цілому реактивне рух можна описати наступною формулою:
m_sv_s+m_рv_р=0
m_sv_s=-m_рv_р

де m_sv_s імпульс створюваної струменем газів, m_рv_р імпульс, отриманий ракетою.

Знак мінус показує, що напрямок руху ракети і сила реактивного руху струменя протилежні.

Приклади техніці – принцип роботи реактивного двигуна

У сучасній техніці реактивний рух відіграє дуже важливу роль, так реактивні двигуни приводять у рух літаки, космічні кораблі. Сам пристрій реактивного двигуна може відрізнятися в залежності від його розмірів і призначення. Але так чи інакше в кожному з них є

• запас палива,
• камера, для згоряння палива,
• сопло, завдання якого прискорювати реактивний струмінь.

Так виглядає реактивний двигун.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора