Урок "реактивное движение"

Представляем вашему вниманию урок по теме «Реактивное движение. Значение работ К.Э. Циолковского». На этом уроке мы обсудим, что собой представляет реактивное движение и как оно связано с движением ракет и самолетов. Вначале дадим определение этому виду движения. С помощью формул рассмотрим его взаимосвязь с законом сохранения импульса. Обсудим значение работ К.Э. Циолковского.

Тема урока тесно связана с законом сохранения импульса и называется «Реактивное движение ». Сегодня мы обсудим, что это за движение и как оно определяет движение ракет и самолетов.

Явление отдачи

На практике часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда тело под действием внутренних сил распадается на части. Если внутренние силы достаточно велики по сравнению с внешними силами, то можно применять закон сохранения импульса и описывать движение этих тел. Эта ситуация имеет название «явление отдачи». Примером такого явления является выстрел снарядом из пушки (рис. 1).

Рис. 1. Выстрел снарядом из пушки

Пушка выстреливает снарядом. Снаряд движется в направлении оси . По закону сохранения импульса пушка начнет двигаться в противоположную сторону. Для простоты будем считать, что все скорости направлены вдоль одной прямой параллельно оси .

Запишем закон сохранения импульса. До выстрела система покоилась, значит, импульс был равен нулю. После выстрела импульс системы состоит из двух частей: импульс снаряда и импульс пушки. Получаем:

Перепишем полученное выражение в проекциях на ось . При этом скорость снаряда будет со знаком «+», а скорость пушки (скорость отдачи) со знаком «-».

Выразим скорость, с которой откатится пушка:

Подставим следующие значения: .

В реальности данная скорость может быть меньше за счет того, что масса пушки будет больше. Или же за счет специального оборудования (противооткатные опоры, гидропневматический амортизатор), которое предотвращает откат назад. В современных автоматах и пулеметах за счет энергии отдачи происходит перезаряд орудия и выброс гильзы.

Явление отдачи - это причина любого движения на Земле. Рассмотрим движение автомобиля. Он катится по земле, и между автомобилем и землей возникает сила трения. Эта сила является внутренней для системы «автомобиль - Земля». Фактически автомобиль отталкивается от Земли и приобретает скорость в одну сторону, а Земля приобретает скорость в противоположную сторону. Конечно, Земля имеет намного большую массу, чем автомобиль, и она не движется в том направлении, в котором она должна была бы двигаться, если бы имела малую массу.

Явление отдачи сопровождает многие процессы в микромире. Например, процесс деления ядра урана при попадании в него медленного нейтрона (рис. 2). До деления ядро и нейтрон можно считать неподвижным, а после деления два осколка разлетаются с большой скоростью в разные стороны. Здесь тоже применим закон сохранения импульса.

Рис. 2. Процесс деления ядра урана

Наиболее привычным примером явления отдачи является реактивное движение (движение космических ракет).

На сегодняшний день реактивное движение широко распространено не только среди ракет и самолетов, многие животные тоже используют реактивное движение. Например, такие морские животные, как осьминоги или каракатицы, используют как раз реактивное движение. Они набирают воду, потом ее под давлением из себя выдавливают, и это приводит к тому, что они быстро перемещаются под водой (рис. 3).

Рис. 3. Реактивное движение осьминога и каракатицы

Определение. Реактивным движением называют движение, которое происходит в результате отделения от тела какой-либо его части или, наоборот, если к телу присоединяется какая-либо часть.

Как связано реактивное движение с импульсом? Если мы рассматриваем тело, в котором находится определенное количество газов (именно за счет газов чаще всего и осуществляется реактивное движение в технике), и если эта масса газов отделяется от тела с большой скоростью, то импульс газов будет численно равен импульсу самого тела (рис. 4):

В проекциях на ось :

Рис. 4. Реактивное движение ракеты

Соответственно, скорость ракеты можно определить для данного мгновения времени следующим образом: .

Важно понимать, как скорость газов влияет на увеличение скорости оболочки, т. е., чем больше скорость вырывающихся газов, тем больше скорость самой оболочки. Заметим, что эта формула записана для мгновенного сгорания газов, а в ракетах не происходит такого: топливо сгорает постепенно.

Как движется ракета?

Ракета движется благодаря выбрасыванию горючего в сторону, противоположную движению ракеты.

Рассмотрим движение ракеты (рис. 5).

Рис. 5. Движение ракеты

Пусть в начальный момент скорость ракеты равна , а масса ракеты вместе с газами и окислителем равна . Газы вытекают со скоростью относительно ракеты. Через некоторое время скорость ракеты станет , а масса ракеты . Масса вытекшего газа за время равна разности масс и . Скорость газов относительно Земли равна разности скорости и . В начальный момент времени суммарный импульс равен . После промежутка времени импульс равен сумме импульса ракеты и импульса вытекающих газов. Запишем закон сохранения импульса:

Если спроектировать закон сохранения импульса на ось и провести преобразования, можно получить закон, который описывает движение ракеты:

Знак минуса говорит о том, что ракета и газы движутся в разных направлениях. Разделим обе части этого уравнения на промежуток времени, в течение которого ракета разгонялась до скорости . Слева у нас получится сила тяги:

Слева у нас получится массовый расход , умноженный на скорость газов. В итоге получаем выражение для реактивной силы тяги:

Реактивная сила тяги зависит от двух параметров: от скорости, которой выбрасываются газы, и от массового расхода.

Постепенно масса ракеты уменьшается за счет сгорания топлива, и газы, вырывающиеся из ракеты, соответственно увеличивают скорость уже тела с уменьшающейся массой (рис. 6). В данном случае нужно говорить о законе сохранения импульса с переменной массой.

Рис. 6. Уменьшение массы ракеты

Реактивное движение бывает двух видов. Реактивное движение само по себе характерно для ракет в космосе. Ракеты летают во всех средах, в том числе в вакууме, и движение ракет обеспечивается наличием топлива и окислителя для него внутри самой ракеты.

Воздушно-реактивное движение - второй вид реактивного движения, характерный для реактивных самолетов. В этом случае никакой окислитель не нужен, потому что самолет летит в воздушном пространстве и, двигаясь с большой скоростью, прокачивает через себя большое количество воздуха (кислорода), который и окисляет топливо, дает большую температуру сгорания. Образуются газы, которые заставляют двигаться самолет вперед (рис. 7).

Рис. 7. Движение самолета

Ракетный двигатель содержит все компоненты рабочего тела на борту и способен работать в любой среде.

Воздушно-реактивный двигатель использует энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы.

Чтобы перемещаться дальше в пространстве, необходимо постоянно увеличивать массу горючего. Так, например, чтобы создать такую ракету, которая преодолела бы силу притяжения Солнца, потребуется масса топлива в 55 раз больше, чем масса самой ракеты.

Расчет запаса топлива для ракеты

Сколько необходимо взять топлива на ракету, чтобы она стала искусственным спутником Земли?

Представим, что масса ракеты . Ускорение, которое будет у ракеты во время подъема на орбиту, равно . Посчитаем силу тяги:

У современных ракет скорость выброса газов равна .

Найдем массовый расход:

Если учесть, что первая космическая скорость , то при заданном ускорении этой скорости можно достигнуть за время .

Тогда нам понадобится горючего:

Обратите внимание, что масса топлива в 2 раза больше массы ракеты. Наши расчеты не совсем точны. Ведь в начальный момент масса ракеты не 10 тонн, а 30 тонн, с учетом массы топлива.

Если говорить об устройстве ракеты, важно понимать, что все ракеты строятся по одному и тому же принципу. Во-первых, это головная часть. Приборный отсек. Вторая часть - бак с топливом и окислитель. При смешивании этих двух частей происходит возгорание, сгорание топлива. Далее идут насосы и сопло (рис. 8). Форма сопла - того места, откуда вырываются газы, - имеет значение. Оказывается, изменение формы позволяет изменять скорость движения.

Рис. 8. Устройство ракеты

Список литературы

А так ли хорошо знакомо вам реактивное движение? // Квант. - 2007. - № 5. - С. 32-33.
Николаев В. Космический полет - это так просто!?.. // Квант. - 1990. - № 4. - С. 52-56.
Саенко П.Г. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1990. - С. 98-106.
Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И.
Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Дрофа, 2002. - C. 284-307.

Интернет-портал «tsiolkovsky.tass.ru» ()
Интернет-портал «prosopromat.ru» ()
Интернет-портал «poznavayka.org» ()

Домашнее задание

Что такое реактивное движение? Приведите несколько примеров реактивного движения в природе.
Какой закон сохранения используется для получения закон движения ракеты? Сформулируйте его.
Что такое первая космическая скорость? Назовите ее численное значение.

Муниципальное Казенное Образовательное Учреждение

Средняя Общеобразовательная Школа №8

Республика Дагестан

г. Хасавюрт

" Реактивное движение" (9-й класс)

Разработала учитель физики:

Арсанукаева Джаминат Имамудиновна

Цели урока:

Познавательные :

Дать понятие реактивного движения.

Рассмотреть устройство ракеты.

Показать применение закона сохранения импульса для реактивного движения.

Развивающие:

Развивать познавательные интересы и творческие способности.

Способствовать расширению кругозора.

Дать представление о реактивном движении в природе и технике.

Воспитательные:

Воспитывать чувство гордости за нашу страну и народ: показать огромный вклад ученых, инженеров в дело создания многоступенчатой ракеты для освоения космического пространства.

Воспитывать эстетическое восприятие мира через демонстрацию и наглядность. Воспитывать бережное отношение к окружающему нас миру: природе, космосу.

Воспитать честность.

Тип урока: урок изучения новой темы.

Оборудование, ТСО, наглядность:

Компьютер.

Мультимедийный проектор.

Экран.

Воздушный шарик, штативы, нитки, коробка из-под сока с отверстием, чаши с водой, маленькие модели ракет.

Презентация «Реактивное движение».

Оригами - ракеты.

Плакат с изображением космоса.

Конверт для составления ракеты.

Конверт для рефлексии.

Ролик « Реактивное движение»

Демонстрации:

1) Движение воздушного шарика, закрепленного на нити между двумя штативами, после того, как снять прищепку, стягивающую его отверстие. К надутому шарику скотчем прикрепить трубочку от шариковой ручки так, чтобы шарик был в горизонтальном положении (лежа на боку). Сквозь трубочку протянуть нить и привязать ее к двум штативам, раздвинув их примерно на расстояние 3 метра на демонстрационном столе.

2) Вращение сегнерова колеса на примере коробки из-под сока, подвешенной на нити к лапке штатива. (В литровой коробке из-под сока по диагонали ближе ко дну пробиваем отверстия, вставляем в них трубочки (2 см длиной). Их можно отрезать от пустой пасты шариковой ручки. Наливаем воды в коробку. Вода выливается через отверстия- коробка вращается.)

3) презентации «Реактивное движение» (1-2), «Из истории развития космонавтики»

План урока

Организационный момент.

Актуализация знаний

Изучение нового материала

Демонстрация опытов

Первичная отработка ЗУН

Подведение итогов урока

Домашнее задание

Рефлексия

Ход урока

Организационный момент.

Здравствуйте. Садитесь. Сегодня мы с вами проведем необычный урок. На предыдущих уроках вы сделали оригами в виде ракеты. Теперь у вас у каждого есть своя ракета, на которой вы изображены. Ваша задача ответив хотя бы на один вопрос приклеить вашу ракету к плакату. (В конце урока учитель спрашивает, не забыли ли они ни кого? Конечно учителя. Учитель клеит свою ракету.)

2. Актуализация знаний

А) фронтальный опрос

Что называется импульсом?

Почему импульс - векторная величина?

Назовите единицы измерения импульса тела в СИ.

В чем заключается закон сохранения импульса?

Напишите формулу закона сохранения импульса в векторном виде.

При каких условиях выполняется этот закон?

Б) Игра « По страничкам учебника»

Я сейчас покажу вам на слайде картинки из ваших учебников по физике 7, 8 и 9 класса (автора Перышкина А.В.), вам надо узнать класс, название того, что изображено на картинке.

3. Изучение нового материала

1) Объявление темы урока

Опыт с шариком.

Учитель: Мне нужны два добровольца. Надуйте шарик, вытяните руку, в которой шарик и по моей команде отпустите. Спасибо, присаживайтесь. Что Вы сейчас наблюдали?

Ученики: Движение шарика.

Учитель: Что является причиной движения шарика?

Ученики: Отделение части воздуха от шарика.

Учитель: Да, все правильно. Вы наблюдали движение шарика. Такое движение называется реактивным движением. Именно с этим видом движения мы сегодня с вами познакомимся.

(озвучить цели урока, запись в тетрадях)

2) Демонстрации:

Рассмотрим несколько примеров, подтверждающих справедливость закона сохранения импульса.

1) движение воздушного шарика, закрепленного на нити между двумя штативами, после того, как снять прищепку, стягивающую его отверстие.

2) вращение сегнерова колеса на примере коробки из-под сока, подвешенной на нити к лапке штатива.

3) просмотр ролика «реактивное движение»

Проблемная ситуация:

Как происходили эти движения? Опишите каждое движение. Что общего у этих движений?

1) движение воздушного шарика, скользящего по нити между двумя штативами, из открытого отверстия из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха.

2) вращение сегнерова колеса на примере коробки из-под сока, подвешенной на нити к лапке штатива,

Объяснение опытов:

Демонстрация движения воздушного шарика .

Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю. При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону его движения. Движение шарика является примером реактивного движения. Реактивное движение происходит за счет того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

(Доказать, используя закон сохранения импульса, как направлены импульсы струи сжатого воздуха и ракеты)

Демонстрация устройства, называемого сегнеровым колесом. Вода, вытекающая из сосуда конической формы (у нас из коробки из-под сока) через сообщающуюся с ним изогнутую трубку (у нас через отверстия по бокам коробки, сделанные на противоположных сторонах коробки по диагонали внизу) , вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях.

Вывод:

Реактивным движением называется движение, которое происходит за счет того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего тело приобретает противоположно направленный импульс .(запись в тетрадях)

3 ) Показ презентации «Реактивное движение»

Учитель рассказывает о применении реактивного движения природой:кальмары, медузы, каракатицы. Набирая в себя воду, они, с силой выталкивая её, приобретают скорость, направленную в сторону, противоположную движению. Развивают скорость 60-70 км/ч.

Слайды. "Бешеный огурец".

Я хочу вам рассказать о бешеном огурце. В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огу-рец". Стоит только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец,
как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами. Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.

Реактивное движение, например, выполняет ракета. Особенностью этого движения является то, что тело может ускоряться и тормозить без какой-либо внешней взаимодействия с другими телами. Продукты сгорания при вылет получают относительно ракеты некоторую скорость. Согласно закону сохранения импульса, сама ракета получает такой же импульс, как и газ, но направлен в другую сторону. Закон сохранения импульса нужен для расчета скорости ракеты.

Слово об ученых космонавтах.

Мы с Вами должны гордиться тем, что основы теории реактивного двигателя и научное доказательство возможности были впервые высказаны и разработаны русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским в работе «Исследование мировых пространств». Ему же принадлежит идея применения многоступенчатых ракет.

Нашей стране принадлежит великая честь запуска 4 октября 1957 г. первого искусственного спутника Земли. Также впервые в нашей стране 12 апреля 1961 г. был осуществлен полёт космического корабля-спутника «Восток» с космонавтом Юрием Алексеевичем Гагариным на борту.

Этот и другие полёты были совершены на ракетах, сконструированных отечественными учеными и инженерами под руководством Сергея Павловича Королёва.

Работа на местах

Учитель: Мы сейчас сконструируем ракету-носитель, которая выведет наш искусственный спутник на орбиту. Из каких частей она должна состоять?

отсек с космонавтами;

отсек с приборами;

бак с топливом;

бак с окислителем;

насосы;

камера сгорания;

сопло.

(учащиеся собирают космический корабль по заготовленным деталям корабля: клеят в тетрадь)

4.Первичная отработка ЗУН:

А)Вам нужно выбрать те ситуации, в которых движение тела, по вашему мнению, является реактивным.

Ситуация 1: Сосулька, сорвавшись с крыши, падает на землю.

·Ситуация 2: Автомат делает 300 выстрелов в минуту.

·Ситуация 3: Каракатица перемещается в воде, сокращая мышцы своего тела.

·Ситуация 4: Под давлением нагретого пара пробка вылетает из пробирки.

·Ситуация 5: Лодка приходит в движение после того, как с нее в воду ныряет мальчик.

Ситуация 6: Летчик катапультируется из кабины самолета.

·Ситуация 7: В воздухе взрывается снаряд.

·Ситуация 8: Новогодняя петарда осветила ночное небо разноцветными огнями.

·Ситуация 9: Всадник перелетает через голову, резко остановившейся лошади.

Б) Игра «Найди общее» (на экране показаны несколько картинок - задача учащихся найти общий признак)

Реактивное движение

Импульс тела

Законы Ньютона

Искусственные спутники Земли

3. Головоломка.

Известна старинная легенда о богаче с мешком золотых, который, оказавшись на абсолютно гладком льду озера, замерз, но не пожелал расстаться с богатством. А ведь он мог спастись, если бы не был так жаден! А вы как поступили бы?

(Ответ: Достаточно было оттолкнуть от себя мешок с золотом, и богач сам заскользил бы по льду в противоположную сторону по закону сохранения импульса).

5. Подведение итогов урока

6. Домашнее задание : п.22, упр.21(3).

7. Рефлексия

А сейчас, ребята, давайте, выразим свои чувства от урока. Проведем так называемое скрытое голосование. Выберите тот смайлик, который отражает ваше настроение, и опустите вот в эту коробочку.

Явление отдачи

Рис. 1. Выстрел снарядом из пушки

Выразим скорость, с которой откатится пушка:

Подставим следующие значения: .

Рис. 2. Процесс деления ядра урана

Наиболее привычным примером явления отдачи является реактивное движение (движение космических ракет).

Рис. 3. Реактивное движение осьминога и каракатицы

В проекциях на ось :

Рис. 4. Реактивное движение ракеты

Соответственно, скорость ракеты можно определить для данного мгновения времени следующим образом: .

Как движется ракета?

Ракета движется благодаря выбрасыванию горючего в сторону, противоположную движению ракеты.

Рассмотрим движение ракеты (рис. 5).

Рис. 5. Движение ракеты

Рис. 6. Уменьшение массы ракеты

Рис. 7. Движение самолета

Ракетный двигатель содержит все компоненты рабочего тела на борту и способен работать в любой среде.

Расчет запаса топлива для ракеты

Сколько необходимо взять топлива на ракету, чтобы она стала искусственным спутником Земли?

У современных ракет скорость выброса газов равна .

Найдем массовый расход:

Тогда нам понадобится горючего:

Рис. 8. Устройство ракеты

Список литературы

А так ли хорошо знакомо вам реактивное движение? // Квант. - 2007. - № 5. - С. 32-33.
Николаев В. Космический полет - это так просто!?.. // Квант. - 1990. - № 4. - С. 52-56.
Саенко П.Г. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1990. - С. 98-106.
Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И.
Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Дрофа, 2002. - C. 284-307.

Интернет-портал «tsiolkovsky.tass.ru» ()
Интернет-портал «prosopromat.ru» ()
Интернет-портал «poznavayka.org» ()

Домашнее задание

Что такое реактивное движение? Приведите несколько примеров реактивного движения в природе.
Какой закон сохранения используется для получения закон движения ракеты? Сформулируйте его.
Что такое первая космическая скорость? Назовите ее численное значение.

Цель: выяснить сущность реактивного движения, назначение, конструкция и принцип действия ракет, реактивное движение в технике и в природе.

ТСО и наглядность:

ПО: ОС Windows, Microsoft Power Point, мультимедиа-проектор, CD-диск курса “Физика. Библиотека наглядных пособий”, 1С: школа,
Презентация “Реактивное движение”, Приложение 1 ,
Реактивное движение (таблица),
модель ракеты.

Класс разбивается на группы по 2-4 человека, в зависимости от наполняемости класса. Работа группы оценивается баллами: один верный ответ- один балл. В конце урока баллы суммируются, группа вправе разделить полученные баллы в зависимости от вклада каждого учащегося в работу группы. Учащимся получившим недостаточное количество баллов учитель дает дополнительное задание.

I. Организация класса: объявление темы, цели урока, озвучивание контрольных вопросов (т.е. вопросов ответы на которые должны быть получены в течении урока).

Контрольные вопросы:

1. Какое движение называется реактивным?

2. На каком законе основано реактивное движение?

3. От чего зависит скорость ракеты?

II. Повторение.

Работа в группах по вопросам:

Всегда ли удобно пользоваться законами Ньютона для описания взаимодействия тел?
Что такое импульс?
Куда направлен вектор импульса?
Сформулируйте закон сохранения импульса.
Кто открыл закон сохранения импульса?
Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел?

После обсуждения отвечает один учащийся от группы.

III. Вступительное слово учителя.

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны.

А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935). Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Слайд 6

Демонстрация опытов.

Задание группам:

Опыт 1.Надуть резиновый шарик и отпустить его.

Вопрос: За счёт чего шарик приходит в движение? Обсуждение в группе

Вывод: Шарик приходит в движение за счёт того, что из него выходит воздух.

Учитель: Движение шарика является примером реактивного движения, и вы правильно указали причину движения шарика.

Опыт 2. Ученик встаёт на легкоподвижную тележку, спрыгивает с неё. Тележка движется в противоположную сторону.

Вопрос: Что общего в первом и во втором опытах? Обсуждение в группе

Вывод: Тележка и шарик пришли в движение, потому что от них что-то отделилось (ученик, воздух).

После этого учащиеся формулируют определение реактивного движения:

Под реактивным понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела.

При этом возникает т.н. реактивная сила, сообщающая телу ускорение.

Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и физических законах основывается его действие?

Демонстрации:

1. Сегнеровое колесо.

2. Видеофрагмент “Реактивное движение”, Физика. Библиотека наглядных пособий.

После демонстрации опытов учитель задает вопросы:

За счет чего возникает такое движение?

Почему отклоняется трубка? Почему взлетает воздушный шарик?

Обсуждение вопросов в группе. Отвечает один учащийся от группы.

Учитель: К.Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Попробуем и мы вывести формулу для расчета максимальной скорости движения.

Задание: используя закон сохранения импульса рассчитать максимальную скорость движения ракеты.

Учащиеся делают в тетради следующую запись:

Согласно третьему закону Ньютона:

где F l - сила, с которой ракета действует на раскаленные газы, a F 2 - сила, с которой газы отталкивают от себя ракету.

Модули этих сил равны: F l =F 2 .

Именно сила F 2 и является реактивной силой. Рассчитаем скорость, которую может приобрести ракета.

Если импульс выброшенных газов равен m г v г, а импульс ракеты m p v p , то из закона сохранения импульса получаем: m г v г = m p v p

Откуда скорость ракеты: v p = m г v г /m p

Таким образом, скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истекания газов, и чем больше отношение - m г / m p

Слайд 8

Вопрос: В каких случаях справедлива эта формула?

Ответ: выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Такого быть не может, так как мгновенное сгорание - взрыв. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы.

Вопрос: От чего зависит скорость движения?

Ответ: Максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя (т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется числом Циолковского. Основной вывод состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше число Циолковского.

Включение следует сказать, что современные технологии производства ракетоносителей не могут позволить превысить скорости в 8-12 км/с. Для третьей космической скорости (16,4 км/с) необходимо, чтобы масса топлива превосходила массу оболочки носителя почти в 55 раз, что на практике реализовать невозможно. Следовательно, нужно искать другие способы построения ракетоносителей.

Слайд 10

IV. Решение задач.

Задача 1.

Какую скорость Vp приобретает ракета, если масса m г мгновенно выброшенных газов составляет 0,3 m ракеты, а их скорость V=2км/с.

Задача 2.

Какую скорость приобретает ракета, если масса m г мгновенно выброшенных газов составляет 0,5 m ракеты, а их скорость V=2км/с.

Задача 3.

Определить скорость Vp ракеты, если выход газов происходит со V г =300 м/c. До взлета m p с горючим равна 600 г, а горючего - 300 г.

Проверка решения задач. Выставление баллов.

V. Реактивное движение в природе.

(Сообщения учащихся)

Каракатицы, осьминоги при движении в воде также используют реактивный принцип перемещения. Набирая в себя воду, они, выталкивая ее, приобретают скорость, направленную в сторону, противоположную направление выброса воды.

Слайды 11, 12

VI. Проверка усвоения темы.

Тестирование:

1. Чему равно произведение массы ракеты m на ускорение её движения a по определению?

А. Импульсу. Б. Силе. С. Энергии. Д. Скорости.

2. Чему равен импульс ракеты и горючего до начала работы двигателей?

А. 2mv. Б. -2mv. В. Mv. Д. 0

3. Какой великий русский учёный смог доказать, что только ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате, может преодолеть силу тяжести?

А. Королев. Б. Циалковский. В. Кибальчич. Д. Гагарин.

4. Как называется двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении?

А. Тепловой. Б. Реактивный. В. Электрический. Д. Газовый.

От чего зависит скорость ракеты?

А. Массы ракеты. Б. Массы газов. В. От силы притяжения к Земле. Д. Массы ракеты и массы газов.

VII. Сообщения учащихся о жизни и научной деятельности С.П. Королева, К.Э. Циолковского, о Ю.А. Гагарине и В.А. Терешковой.

VIII. Подведение итогов. Выставление оценок.