Взлетом космической ракеты сейчас можно полюбоваться и по телевизору, и в кино. Ракета вертикально стоит на бетонном стартовом столе. По команде из пункта управления включаются двигатели, мы видим загорающееся внизу пламя, мы слышим нарастающий рев. И вот ракета в клубах дыма отрывается от Земли и сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее устремляется вверх. Через минуту она уже на такой высоте, куда не могут подняться самолеты, а еще через минуту - Космосе, в околоземном безвоздушном пространстве.

Двигатели ракеты называются реактивными. Почему? Потому что в таких двигателях сила тяги является силой реакции (противодействия) силе, которая отбрасывает в противоположную сторону струю раскаленных газов, получаемых от сгорания топлива в специальной камере. Как известно, согласно третьему закону Ньютона сила этого противодействия равна силе действия. То есть, сила, поднимающая ракету в космическое пространство равна силе, которую развивают раскаленные газы, вырывающиеся из сопла ракеты. Если Вам кажется невероятным, что газ, которому положено быть бесплотным, забрасывает на космическую орбиту тяжеленную ракету, вспомните о том, что сжатый в резиновых баллонах воздух успешно поддерживает не только велосипедиста, но и тяжелые самосвалы. Раскаленный добела газ, вырывающийся из сопла ракеты - тоже полон силы и энергии. Настолько, что после каждого старта ракеты стартовый стол ремонтируют, добавляя выбитый огненным вихрем бетон.

Третий закон Ньютона можно сформулировать иначе, как закон сохранения импульса. Импульсом называется произведение массы на скорость. В терминах закона сохранения импульса старт ракеты можно описать так.
Первоначально импульс космической ракеты, покоящейся на стартовой площадке, был равен нулю (Большая масса ракеты, умноженная на нулевую ее скорость). Но вот включен двигатель. Топливо сгорает, образуя огромное количество газообразных продуктов сгорания. Они имеют высокую температуру и с высокой скоростью истекают из сопла ракеты в одну сторону, вниз. Это создает вектор импульса, направленный вниз, величина которого равна массе истекающего газа, умноженного на скорость этого газа. Однако, в силу закона сохранения импульса, суммарный импульс космической ракеты относительно стартовой площадки должен быть по-прежнему равен нулю. Поэтому тут же возникает вектор импульса, направленный вверх, уравновешивающий систему «ракета - отбрасываемые газы». За счет чего возникнет этот вектор? За счет того, что стоящая до тех пор неподвижно ракета начнет движение вверх. Импульс, направленный вверх, будет равен массе ракеты, умноженной на ее скорость.

Если двигатели ракеты мощные, ракета очень быстро набирает скорость, достаточную для того, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту. Эта скорость называется первой космической скоростью и равна приблизительно 8 километрам в секунду.

Мощность двигателя ракеты определяется в первую очередь тем, какое топливо сгорает в двигателях ракеты. Чем выше температура сгорания топлива, тем мощнее двигатель. В самых ранних советских ракетных двигателях топливом был керосин, а окислителем - азотная кислота. Сейчас в ракетах используется более активные (и более ядовитые) смеси. Топливом в современных американских ракетных двигателях является смесь кислорода и водорода. Кислородно-водородная смесь очень взрывоопасна, но при сгорании выделяет огромное количество энергии.

Краткая история ракет

Общий принцип реактивного полета, который лег в основу всех ракет, прост - от тела отделяется какая-то часть, приводящая все остальное в движение.

Кто первым реализовал этот принцип – неизвестно, но различные догадки и домыслы доводят генеалогию ракетостроения аж до Архимеда. Доподлинно о первых подобных изобретениях известно, что ими активно пользовались китайцы, которые заряжали их порохом и за счет взрыва запускали в небо. Таким образом они создали первые твердотопливные ракеты. Большой интерес к ракетам появился у европейских правительств в начале

Второй ракетный бум

Ракеты ждали своего часа и дождались: в 1920-х годах начался второй ракетный бум, и связан он в первую очередь с двумя именами.

Константин Эдуардович Циолковский - ученый-самоучка из Рязанской губернии, невзирая на трудности и препятствия, сам дошел до многих открытий, без которых невозможно было бы даже говорить о космосе. Идея использования жидкого топлива, формула Циолковского, которая рассчитывает необходимую для полета скорость, исходя из соотношения конечной и начальной масс, многоступенчатая ракета - все это его заслуга. Во многом под влиянием его трудов создавалось и оформлялось отечественное ракетостроение. В Советском Союзе начали стихийно возникать общества и кружки по изучению реактивного движения, в числе которых ГИРД - группа изучения реактивного движения, а в 1933 году под патронажем властей появился Реактивный институт.

Константин Эдуардович Циолковский.
Источник: Wikimedia.org

Второй герой ракетной гонки - немецкий физик Вернер фон Браун. Браун имел отличное образование и живой ум, а после знакомства с другим светилом мирового ракетостроения, Генрихом Обертом, он решил приложить все свои силы к созданию и усовершенствованию ракет. В годы Второй Мировой фон Браун фактически стал отцом «оружия возмездия» Рейха - ракеты «Фау-2», которую немцы начали применять на поле боя в 1944 году. «Крылатый ужас», как называли её в прессе, принес разрушение многим английским городам, но, к счастью, на тот момент крах нацизма был уже делом времени. Вернер фон Браун вместе со своим братом решил сдаться в плен к американцам, и, как показала история, это был счастливый билет не только и не столько для ученых, сколько для самих американцев. С 1955 года Браун работает на американское правительство, и его изобретения ложатся в основу космической программы США.

Но вернемся в 1930-е. Советское правительство по достоинству оценило рвение энтузиастов на пути к космосу и решило употребить его в своих интересах. В годы войны себя отлично показала «Катюша» - система залпового огня, которая стреляла реактивными ракетами. Это было во многом инновационное оружие: «Катюша» на базе легкого грузовика «Студебеккер» приезжала, разворачивалась, обстреливала сектор и уезжала, не давая немцам опомниться.

Окончание войны подкинуло нашему руководству новую задачу: американцы продемонстрировали миру всю мощь ядерной бомбы, и стало совершенно очевидно, что на статус сверхдержавы может претендовать только тот, у кого есть нечто похожее. Но здесь была проблема. Дело в том, что, помимо самой бомбы, нам нужны были средства доставки, которые бы смогли обойти ПВО США. Самолеты для этого не годились. И СССР решил сделать ставку на ракеты.

Константин Эдуардович Циолковский умер в 1935 году, но ему на смену пришло целое поколение молодых ученых, которое и отправило человека в космос. Среди этих ученых был Сергей Павлович Королев, которому суждено было стать «козырем» Советов в космической гонке.

СССР принялся за создание своей межконтинентальной ракеты со всем усердием: были организованы институты, собраны лучшие ученые, в подмосковных Подлипках создается НИИ по ракетному вооружению, и работа кипит вовсю.

Только колоссальное напряжение сил, средств и умов позволило Советскому Союзу в кратчайшие сроки построить свою ракету, которую назвали Р-7. Именно её модификации вывели в космос «Спутник» и Юрия Гагарина, именно Сергей Королев и его соратники дали старт космической эре человечества. Но из чего состоит космическая ракета?

Конструкция ракеты

Схема двухступенчатой ракеты.

А мы знаем, что чтобы происходило движение, необходимо воздействие некоторой силы. Тело либо само должно оттолкнуться от чего-нибудь, либо стороннее тело должно толкнуть данное. Это хорошо известно и понятно нам из жизненного опыта.

От чего оттолкнуться в космосе?

У поверхности Земли можно оттолкнуться от поверхности либо от находящихся на ней предметов. Для передвижения по поверхности используют ноги, колеса, гусеницы и так далее. В воде и воздухе можно отталкиваться от самих воды и воздуха, имеющих определенную плотность, и потому позволяющих взаимодействовать с ними. Природа для этого приспособила плавники и крылья.

Человек создал двигатели на основе пропеллеров, которые во много раз увеличивают площадь контакта со средой за счет вращения и позволяют отталкиваться от воды и воздуха. А как быть в случае безвоздушного пространства? От чего отталкиваться в космосе? Там нет воздуха, там ничего нет. Как осуществлять полеты в космосе? Вот тут-то и приходит на помощь закон сохранения импульса и принцип реактивного движения. Разберем подробнее.

Импульс и принцип реактивного движения

Импульс это произведение массы тела на его скорость. Когда тело неподвижно, его скорость равна нулю. Однако тело обладает некоторой массой. При отсутствии сторонних воздействий, если часть массы отделится от тела с некоторой скоростью, то по закону сохранения импульса, остальная часть тела тоже должна приобрести некоторую скорость, чтобы суммарный импульс остался по-прежнему равным нулю.

Причем скорость оставшейся основной части тела будет зависеть от того, с какой скоростью отделится меньшая часть. Чем эта скорость будет выше, тем выше будет и скорость основного тела. Это понятно, если вспомнить поведение тел на льду или в воде.

Если два человека будут находиться рядом, а потом один из них толкнет другого, то он не только придаст тому ускорение, но и сам отлетит назад. И чем сильнее он толкнет кого-либо, тем с большей скоростью отлетит сам.

Наверняка, вам приходилось бывать в подобной ситуации, и вы можете представить себе, как это происходит. Так вот, именно на этом и основано реактивное движение .

Ракеты, в которых реализован этот принцип, выбрасывают некоторую часть своей массы на большой скорости, вследствие чего сами приобретают некоторое ускорение в противоположном направлении.

Потоки раскаленных газов, возникающие в результате сгорания топлива, выбрасываются через узкие сопла для придания им максимально большой скорости. При этом, на величину массы этих газов уменьшается масса ракеты, и она приобретает некую скорость. Таким образом реализован принцип реактивного движения в физике.

Принцип полета ракеты

В ракетах применяют многоступенчатую систему. Во время полета нижняя ступень, израсходовав весь свой запас топлива, отделяется от ракеты, чтобы уменьшить ее общую массу и облегчить полет.

Количество ступеней уменьшается, пока не остается рабочая часть в виде спутника или иного космического аппарата. Топливо рассчитывают таким образом, чтобы его хватило как раз для выхода на орбиту.

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

« Я - исследователь »

Исследовательская работа

Кукса Дмитрий

ученик 3 «А» класса

МОУ СОШ №7

Руководитель:

г. Алексеевка

Нам в школе объявили, что будет проходить конкурс «Я – исследователь». Я решил: «Буду участвовать!» Пришёл домой и стал думать, какую же тему мне выбрать. А дед, который служил в ракетных войсках, сказал: «Давай, Дима, ракету запустим. Как только расскажешь, какая сила заставляет ракету двигаться, я своё обещание выполню». Мне понравилась эта идея. И задания такого я не испугался. Очень уж хотелось посмотреть на полёт ракеты.

Я поставил задачи

1. Изучить строение ракеты

2. Узнать какая сила заставляет ракету двигаться

Методы исследования:

Теоретические: изучение источников информации

Практические: опыты.

Объектом исследования является: ракета

Предмет исследования: полёт ракеты

Ожидаемый результат: исследования расширят мой кругозор, помогут узнать можно ли поднять ракету в воздух в домашних условиях.

Гипотеза: я думаю изготовить модель ракеты в домашних условиях можно, но поднять в воздух нельзя. Она не взлетит.

Чтобы доказать или опровергнуть гипотезу я сначала изучил литературу. Вот что я узнал.

Русское слово "ракета" произошло от немецкого слова "ракет". А это - уменьшительное от итальянского слова "рокка", что значит "веретено ". Ракета похожа на веретено с острым обтекаемым носом для уменьшения сопротивления воздуха при полёте в атмосфере и это обтекатель ракеты (1)

2 топливный бак - это часть конструкции ракеты, обеспечивающая её топливом. Для жидкотопливных ракет топливный бак делится на бак с горючим и бак с окислителем, который располагается над топливным баком Для твердотопливных ракет топливный бак соединен с камерой сгорания и в процессе горения топлива сам выполняет функцию камеры сгорания.

3 камера сгорания - служит для сгорания топлива и выброса образовавшихся газов.

4.Сзади ракета имеет стабилизатор . Он похож на оперение стрелы или на хвост самолёта. При движении в атмосфере он не даёт ракете «вилять» из стороны в сторону.

5. А в дне у ракеты дырка. Называется сопло . Из этого сопла газы вырываются сильной струёй. Это от них за ракетой словно огненный хвост остаётся.

Я провёл опрос в классе на тему: почему взлетает ракета.

Многие мои одноклассники написали, что ракеты взлетают, потому что они отталкиваются от земли. Некоторые, что это очень сложный вопрос для них и они не могут ответить. А вот что я узнал: по третьему закону механики, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. В ракетном двигателе этот закон, открытый гениальным ученым Исааком Ньютоном, выполняется очень просто: выбрасываются газообразные продукты сгорания назад, чтобы получить движение ракеты вперед.
Закон Ньютона можно легко проверить, например, при помощи воздушного шара , заполненного воздухом. Если из него выпускать воздух, то шар начнет двигаться

Отпустить шарик.

Прокомментировать: (правда, очень хаотично) в направлении, противоположном направлению выпускаемого воздуха. Фотографии с шариком:

Я попытался сделать движение шара устойчивым.

Мне потребовалась нитка, коктейльная трубочка и скотч. Опыт. Комментарий: полёт воздушного шара стал плавным. Воздух выходит из шарика и он далеко улетает по верёвке в противоположную сторону.

Ракеты человек изобрёл давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки.

Ракетное оружие" href="/text/category/raketnoe_oruzhie/" rel="bookmark">ракетное оружие . Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров. Военные ракеты обычно имеют твёрдотоплевные двигатели.

https://pandia.ru/text/80/331/images/image004_3.jpg" alt="РСЗО Катюша" width="216" height="141 src=">

Взлёт ракеты «земля-воздух». Ракетная установка «Катюша»

А в XX веке школьный учитель физики Константин Эдуардович Циолковский придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как человек станет летать в космос. Он назвал нашу планету колыбелью человечества. Для того чтобы выйти из этой колыбели и начать шагать в космическом пространстве, и нужны ракеты.

Циолковским была предложена ракета, работающая на жидком водороде или керосине и был введён второй компонент реактивного топлива – окислитель, в качестве которого был выбран жидкий кислород.
Летающие в настоящее время ракеты обязаны и пороху, и керосину, и жидкому кислороду, и металлам.

Последнее время используются многоступенчатые ракеты. Они оборудованы несколькими двигательными установками (ступенями). Первая ступень самая большая. Ступени последовательно установлены друг за другом. Последняя ступень может достигнуть значительно большей высоты, чем одноступенчатая ракета.
В момент старта работает двигатель только первой ступени, после окончания работы первая ступень отделяется и начинает работать двигатель второй ступени, а затем и третьей.

Вывод: Все ракеты, как самые малые промышленного производства или сконструированные любителями, так и большие, изготовление которых связано с большими затратами сил и средств, имеют одну общую черту - они основаны на принципе реактивного движения.

И я сказал деду: «Реактивная сила заставляет ракету двигаться»

Мы подняли нашу с дедом ракету в воздух. Она была на твёрдом топливе. Вот что у нас получилось.

Гипотеза не подтвердилась, так как ракета поднялась в воздух. Красиво поднялась, на уровне дома.

В результате исследования было выяснено, что запуски ракет вредят атмосфере планеты Земля, т. к. выделяют вредный газ.

Очень хотелось чтобы по – прежнему люди изучали землю и солнечную систему, проводили прогноз погоды и устанавливали связь с помощью ракет, спутников, но не вредили нашей атмосфере. Я надеюсь, что у меня получится исследовать этот вопрос и найти простое, но надёжное решение.

Ещё я понял как опасны могут быть некоторые вещества и скорость взлёта. Я считаю, что запускать ракету или фейерверки нужно только вместе с родителями. Этими наблюдениями и переживаниями я поделился в классе с ребятами.

Чтобы вырваться за пределы земной атмосферы, ракетам требуется огромное количество энергии. При сгорании ракетного топлива образуется поток горячих газов, вырывающийся наружу через реактивное сопло. В результате возникает сила, толкающая ракету вперед — так же как воздух, вырывающийся из воздушного шарика, заставляет его лететь в противоположном направлении.

«Спейс Шаттл» для выхода на околоземную орбиту использует сразу две ракеты. Когда корабль оказывается в космосе, ракеты-носители и главный топливный бак отсоединяются и падают обратно на Землю.
«Шаттл» выводит на орбиту спутники, проводит различные научные эксперименты. На обратном пути он планирует и приземляется, как обычный самолет.

1. Топливные баки содержат около двух миллионов литров (около полумиллиона галлонов) ракетного топлива.
2. Парашюты замедляют скорость падения ракетных ускорителей на Землю после их отсоединения.
3. Экипаж “Шаттла” может состоять из семи человек.
4. Ракетный ускоритель
5. Грузовой отсек
6. Спутник
7. Шасси

Что такое спутник?

Спутником называется любое тело, вращающееся вокруг планеты. Луна — спутник Земли Точно так же спутником Земли становится вышедший на ее орбиту космический аппарат. Искусственные спутники Земли находят самое разнообразное применение. Метеорологические спутники фотографируют облачный покров Земли, что помогает ученым предсказывать погоду. Астрономические спутники передают на землю информацию о звездах и планетах Спутники связи ретранслируют по всему миру телефонные разговоры и телевизионные передачи.

На рисунке слева — сделанная спутником фотография бури, которая только что миновала Великобританию и приближается к Скандинавии.

Вы это знали?

Когда астрономы смотрят на звезды, они видят многие из них такими, какими они были тысячи или даже миллионы лет назад. Некоторые из этих звезд, возможно, давно уже не существуют. Свет звезд идет к Земле так долго потому, что расстояние до них невероятно велико.