§ 15. реактивного руху: Рівняння Мещерського, РОБОТИ ЦІОЛКОВСЬКОГО І ОСВОЄННЯ КОСМОСУ
Реактивним рухом називають рух тіла, що виникає при відділенні будь-якої його частини.
Рух більшості сучасних літаків є реактивним, тому що відбувається в результаті закінчення з величезною швидкістю нагрітих в двигуні газів. При цьому літак рухається в сторону, протилежну швидкості витікання газів. Так само рухаються і ракети, викидаючи з сопла продукти згоряння палива. Прикладом реактивного руху може служити і віддача стовбура гармати при пострілі (див. §14).
Силу, що діє на тіло при реактивному русі, називають реактивної силою. Розглянемо, від чого залежить її величина для ракети, що рухається в космічному просторі далеко від інших тіл. В таких умовах систему «ракета з стікаючи з неї газами» можна вважати замкнутою і для визначення реактивної сили скористатися законом збереження імпульсу.
Нехай в момент часу t ракета має масу m і рухається зі швидкістю v відносно обраної нами інерціальнійсистеми. Значить, імпульс системи в момент t дорівнює mv. З сопла ракети закінчуються продукти горіння, і її маса зменшується на m кг в одиницю часу, тому в момент часу t - D t вона буде дорівнює m - m. D t. а імпульс ракети стане рівним (m - m. D t) (v + D v). Якщо вважати, що швидкість вильоту газів із ракети щодо його сопла дорівнює u. то імпульс викинутих з ракети газів за проміжок часу D t складе m. D t (u + v). Прирівнюючи імпульс системи в моменти t і t + D t. отримуємо:
Ліва частина рівняння Мещерського є добуток маси ракети на її прискорення, що, згідно з другим законом Ньютона, дорівнює силі, що діє на ракету. Таким чином, з (15.3) випливає, що реактивна сила дорівнює добутку витрати палива в одиницю часу на швидкість витоку газів і спрямована в бік, протилежний вектору цієї швидкості.
Застосування реактивної сили дало можливість людині літати зі швидкостями, б óльшим швидкості звуку (330 м / с), і почати освоєння космічного простору. Існують два типи реактивних двигунів - ракетні та повітряно-реактивні. Ракетний двигун (рис. 15а) створює реактивну силу, викидаючи з сопла (1) продукти горіння палива і окислювача, що нагнітаються за допомогою насосів (2) в камеру згоряння (3). У повітряно-реактивному двигуні (рис. 15б) для горіння використовується кисень, що міститься в атмосфері. Ці двигуни оснащені компресорами (4), які засмоктують і стискають атмосферне повітря, подаючи його в камеру згоряння (3). Горіння палива в форсунках (5) розігріває повітря, збільшує його тиск, і він з величезною швидкістю виривається з сопла (1), створюючи реактивну силу і обертаючи вісь, на якій знаходиться лопаті компресора. Повітряно-реактивними двигунами оснащені практично всі сучасні літаки.
Великий внесок у розвиток теорії реактивного руху зробив К.Е. Ціолковський. довівши що за допомогою реактивної тяги людина здатна досягти космічних швидкостей (див. §12), назавжди відірвавшись від Землі. Йому ж належить ідея створення багатоступеневих ракет, що дозволяють економити паливо на шляху в космос, і космічних станцій.
Питання для повторення:
· Що таке реактивний рух і реактивна сила?
· Від чого залежить реактивна сила?
· Які бувають реактивні двигуни?
Мал. 15.Схематіческое зображення ракетного (а) і повітряно-реактивного (б) двигунів.