Де необхідно реактивне рух?
У паровому двигуні паливо згорає в топці котла.
У двигунах внутрішнього згоряння (ДВЗ), що встановлюються на автомобілях, паливо згорає прямо в робочому циліндрі.
Розширюються в циліндрі гази тиснуть на поршень, а він, як і в поршневий паровий машині, змушує обертатися вал з маховиком.
На зміну поршневим ДВС зараз йдуть більш вигідні газові турбіни. У газовій турбіні (як і в парової) немає потреби перетворювати зворотно-поступальний рух в обертальний.
Чому пливе човен? Чому летить птах? Чому летить літак? Тут у всіх випадках відбувається "відштовхування" від середовища (води, повітря, землі).
А там, де немає повітря, в безповітряному космічному просторі можуть працювати тільки реактивні двигуни.
Ракетний двигун особливий. У ньому згоряє паливо і утворюється багато газів. З сопла ракети гази вириваються сильним струменем. Струмінь б'є назад, а ракета летить вперед, в цьому і полягає принцип реактивного руху!
РАКЕТА З ПОВІТРЯНОГО КУЛЬКИ
Відріжте 4,5 м волосіні і Протягніть її через соломинку для коктейлів. На відстані 4 м один від одного поставте стільці і прив'яжіть мотузку до спинок стільців. Натягніть мотузку якомога тугіше. Надійти дитячий кульку і зав'яжіть отвір. Посуньте соломинку до одного зі стільців і липкою стрічкою прикріпіть до неї кульку. Посуньте кулька отвором до одного зі стільців і розв'яжіть отвір.
Соломинка з прикріпленим до неї кулькою ковзає по мотузці і перестає рухатися при упорі в протилежний стілець або при виході за все повітря з кульки.
Чому?
Ми спостерігали реактивний рух. Так називають рух тіла, яке виникає, коли від нього з деякою швидкістю відділяється його частина. Коли ми відпустили кульку, його стінки з силою виштовхують повітря назовні, а сам кульку спрямовується в протилежну сторону. Соломинка і мотузка не дають кульці крутитися довільно, вони направляють його рух.
У цьому досвіді ми подивимося, як працюють ступені ракети-носія. Нам знадобиться паперовий стаканчик, ножиці, повітряні кульки: довгий і круглий. Відріжте у паперового стаканчика дно. Частково надійти довгий кульку і той його кінець, де знаходиться отвір, протягніть через паперовий стаканчик. Загніть кінець цієї кульки над краєм стаканчика, щоб не вийшло повітря. Помістіть в стакан круглий кульку і надійти його. Відпустіть отвір круглого кульки. Коли з круглого кульки виходить повітря, обидві кульки спрямовуються вперед. Стакан від'єднується, а остання кулька, збираючи, ніби вистрілює вперед.
Щоб зробити триступеневу ракету, вам знадобиться ще один паперовий стаканчик і кулька.
Чому?
Для того щоб підняти і розігнати важкий космічний апарат, потрібна велика кількість пального. У кожної ракети свій запас пального і двигун. Коли ступінь витратить пальне, вона від'єднується від ракети, і основна ступінь розганяє вже меншу масу, поступово збільшуючи швидкість.
Колись існувала цікава іграшка - імпульсна човник. Пересувалася вона поштовхами. Поштовхи слідували один за іншим, човник рухалася все швидше і швидше, поки опір води і сила, яка веде її в рух, що не врівноважувалися. Тоді човник продовжувала рух з постійною швидкістю.
Що ж її рухало? Човник була металева, довжиною приблизно 12-15 см. Всередині у корми знаходився маленький плоский паровий котел, зроблений з латуні. Від котла в корму йшла трубка, теж з латуні. Коли човник перебувала на воді, кінець виходить з корми трубки був під водою. В котел попередньо через цю трубку піпеткою заливалася вода, під котел підкладалася ватка, змочена денатурований спирт, і підпалювала. Човник опускалася на воду. Вода в казані швидко закипала, і вона разом з парою вилітала цівкою через трубку в воду. Походив реактивний поштовх, і човник рухалася вперед. Але після вихлопу в котлі відразу утворювалася порожнеча, і вода, по якій пливла човник, моментально заповнювала котел. Вогонь продовжував горіти, котел був досить гарячий, нова порція води швидко закипала і вилітала з трубки назовні. Новий поштовх вперед, новий набір води в котел, і так тривало до тих пір, поки горів вогонь.
Іграшка дуже цікава, вона нагадує багатоступеневу ракету, і якби не спротив, який чиниться водою, її можна було б розігнати до великої швидкості.
Ми з вами можемо зробити спрощену модель цієї човники.
Візьміть товстий металевий балончик від кулькової ручки. Вийміть пластмасову пробку з його кінця і плоскогубцями витягніть маленький патрубок з кулькою. Потім видаліть ваткою, змоченою в спирті або одеколоні, залишки пасти. Коли балончик буде чистим, відріжте ножівкою або напилком від потовщеного кінця шматочок довжиною три сантиметри. У решти стисніть плоскогубцями товстий кінець і, захопивши смужку шириною 3 мм, загніть її разів зо два, а потім щільно стисніть плоскогубцями.
В результаті у вас вийде заглушений з одного боку, у товстого кінця, трубка завдовжки 5 см. Її вузьку ділянку має довжину 1,8 см.
Візьміть кришку від жерстяної банки з-під кави або монпансьє. Трохи розігніть в одному місці її край і пробийте отвір такої величини, щоб в нього щільно увійшов тонкий кінець колишнього балончика. Якщо він входить недостатньо туго, треба його закріпити в похилому положенні тонким дротом, щоб він не міг висуватися з отвору.
Коли кришечка плаває на воді, тонкий кінець трубки повинен бути занурений у воду. Тепер нам потрібно залити в «котел» воду і підкласти під нього ватку, змочену в гасі. Гас, коли горить, дуже коптить, тому його можна застосовувати тільки на відкритому повітрі.
Залити воду треба так: підберіть піпетку, щоб вона входила в вузенький кінець трубки, наповнюйте її водою і з силою впорскують воду в трубку. Є й інший спосіб наповнення «котла»: нагрійте його добре на сірнику і відразу опустіть у воду; нагріте повітря всередині «котла» охолоне, зменшиться в обсязі, в нього увійде вода.
Для нашої «навігації» використовуйте великий таз, корито або ванну. Коли полум'я змоченою в гасі ватки добре нагріє «котел», вода в ньому закипить, і наш «корабель» рушить в путь. Його шлях буде по колу, тому що звішується з кришечки трубка грає ту ж роль, яку відіграє весло, коли воно опущено в воду для повороту човна. Крім того, вихлопна трубка напевно розташована не строго по центру кришечки. Все це, разом узяте, і змусить наш «корабель» рухатися не по прямій лінії. Частота вихлопів буде не дуже велика, але цілком достатня для руху нашого «корабля». Він буде рухатися, поки горить вогонь.
Зробимо катер, в якому реактивна сила поступальний рух. На дерев'яному поплавці зміцните на стієчки запаяну маленьку металеву баночку, наповнену водою. Збоку у неї має бути отвір, заткнути (не дуже туго) дерев'яною пробкою. Під цю баночку підставте маленьку бляшанку зі спиртом.
Покладіть поплавок з цим пристроєм на воду і підпаліть спирт. Вода в баночці закипить, виб'є пробку, і прилад кинеться в протилежну сторону. Деякі думають, що реактивне рух відбувається в результаті відштовхування від повітря. Але це не так. Як відомо, ракета може летіти і в безповітряному просторі. Вона летить у протилежний «вихлопу» сторону завдяки силі, яка прагне врівноважити тиск вириваються з двигуна розжарених газів.
Постарайся дістати шматочок камфори. У неї є така властивість: якщо покласти шматочок на воду, то частинки камфори почнуть відділятися з великою швидкістю.
Розумієш?
Адже це годиться для реактивного двигуна!
Потрібно тільки так влаштувати, щоб частинки могли виходити лише в одну сторону.
Для цього зроби маленький катер з алюмінієвої фольги (в неї загортають шоколад і дорогі сорти цукерок). Шматочок камфори встав в проріз на кормі катера. Тепер катер може годинами безупинно бігати по поверхні води в тазу!
Реактивний двигун нашого катера такий простий, що простіше не придумаєш. Однак і він може відмовляти в роботі. Коли я був ще зовсім маленьким хлопчиком, мені одного разу подарували такий катер. Тільки не саморобний, з фольги, а покупної, целулоїдний. Катер був дуже гарний, але - на жаль! - він і не думав рухатися, хоча до нього було додано порядна шматочок камфори.
Тільки багато пізніше я дізнався, в чому справа. Виявляється, цей красивий досвід не виносить ні найменших слідів жиру. Їх не повинно бути ні на катері, ні на поверхні води. Тому, беручись за виготовлення катери, гарненько вимий руки. Готовий катер протри ваткою, змоченою в ефірі. А таз перед досвідом ретельно вимий гарячою водою з содою або пральним порошком!
Джерела: "Техніка своїми руками", "Досліди без приладів" Ф.Рабіза; журн. "Мастерок"; журн. "Шульга"; "Здрастуй, фізика" Л.Гальперштейн; "Цікаві досліди з фізики" Л.А. Горев