Реактивное движение - ЗАКОНЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ - Поурочные разработки по программе А. В. Перышкина

Цели урока:

Познакомиться с особенностями и характеристиками реактивного движения, историей его развития.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

Поскольку тема реактивного движения основана на глубоком понимании закона сохранения импульса, то в начале урока следует повторить весь материал, изученный по данной теме. Можно провести краткий опрос:

- 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? Решения домашних задач выписываются на доске и разбираются.

II. Новый материал

Начало изложения нового материала предполагает определение реактивного движения как одного из видов механического движения.

Движение, которое возникает как результат отделения от тела какой-либо части, либо как результат присоединения к телу другой части, называется реактивным движением.

На данном принципе работают реактивные самолеты и ракеты. Сила тяги обеспечивается реактивной тягой струи раскаленных газов.

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

Простейшим примером реактивного движения является подъем воздушного шарика при выходе воздуха из него (учитель демонстрирует движение шарика).

В опыте с Г-образной трубкой учащиеся наблюдают, как трубка отклоняется в сторону, противоположную направлению струи.

После демонстрации опытов учитель задает вопросы:

- За счет чего возникает такое движение?

- Почему отклоняется трубка? Почему взлетает воздушный шарик?

- Почему движется ракета?

Согласно третьему закону Ньютона:

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

Модули этих сил равны: F₁ = F₂.

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

Если импульс выброшенных газов равен m_rv_г, а импульс ракеты m_pv_p, то из закона сохранения импульса получаем:

откуда скорость ракеты:

Таким образом, скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов v_r, и чем больше отношение

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

В заключение 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. Возможно, и другие виды силовых двигателей.

Следует обратить внимание учеников на роль К. Э. Циолковского в развитии взглядов на теорию ракетостроения и освоения космического пространства.

III. Доклады

Заранее подготовленные ученики делают сообщения о жизни и научной деятельности С. П. Королева, К. Э. Циолковского, о Ю. А. Гагарине и В. А. Терешковой. Остальные учащиеся, по возможности, дополняют выступления.

IV. Вопросы для повторения

- Какое движение называют реактивным?

- Верно ли утверждение: для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия с окружающей средой?

- На каком законе основано реактивное движение?

- От чего зависит скорость ракеты?

- Когда и где был запущен первый искусственный спутник Земли?

Домашнее задание

1. Выучить § 23;

2. Решить задачи:

а) Ракета движется по инерции в космическом пространстве. На ее сопло надели изогнутую трубу выходным отверстием в сторону движения и включили двигатели. Изменилась ли скорость ракеты?

б) Какую скорость относительно ракетницы приобретает ракета массой 600 г, если газы массой 15 г вылетают из нее со скоростью 800 м/с? (Ответ: 20 м/с.)

в) Ракета, масса которой без топлива 400 г, при сгорании топлива поднимается на высоту 125 м. Масса топлива 50 г. Определить скорость выхода газов из ракеты, считая, что сгорание топлива происходит мгновенно. (Ответ: v₂ = 400 м/с.)

Приложение к уроку

Несколько слов из истории космонавтики

Первые упоминания о ракетах встречаются в древнекитайских летописях, в древней индийской и греческой литературе, а также в древнерусских летописях. Существуют сведения об открытии в Москве в 1680 году «Ракетного заведения». Первый фундаментальный труд «О боевых ракетах», принадлежавший перу К. И. Константинова, крупного военного специалиста, вышел в Париже в 1861 году. Проекты первых отечественных пороховых ракет были разработаны Н. И. Тихомировым в 1894 году. Но история космических ракет тогда еще не началась. Разумеется, и боевые ракеты, и фейерверки влияли на развитие человеческой фантазии.

История космической ракетной техники и космонавтики знает немало славных имен, в их числе великий русский ученый К. Э. Циолковский, который в 1883 году пришел к мысли о возможности использования реактивного движения для создания межпланетных летательных аппаратов.

Заметим также, что многие зарубежные исследователи создание в фашистской Германии ракеты «ФАУ-2» рассматривают как одну из важных вех в развитии космонавтики.

Основоположник практической космонавтики - академик С. П. Королев.

Первое «космическое» испытание новой баллистической ракеты - вывод на околоземную орбиту первого в истории человечества искусственного спутника Земли (ИСЗ). Испытание, проведенное 4 октября 1957 года, было успешным. Второй ИСЗ с животными на борту выяснил, главным образом, биологические возможности космического полета, а третий ИСЗ - физическую обстановку в космосе.

И, наконец, после многочисленных земных и космических экспериментов наступило 12 апреля 1961 года - день первого в мире космического полета человека - Ю. А. Гагарина - гражданина СССР.

Первый пилотируемый полет на Луну корабля «Аполлон» был осуществлен в 1969 году. Космонавт США Н. Армстронг и Э. Олдрин установили на Луне научную аппаратуру и, собрав образцы лунного грунта, вернулись со своим драгоценным грузом на Землю.

Затем экспедиции повторялись, их программы и оснащение совершенствовались, однако привлекательность этих экспедиций постепенно уменьшалась. Для большинства людей полеты на Луну постепенно стали казаться будничным делом. И вот... 11 декабря 1972 года состоялась последняя экспедиция на Луну, а ракета «Сатурн-5» и все сооружения, необходимые для ее эксплуатации, были законсервированы.

Противники освоения космоса продолжали по-прежнему считать, что затраты по сравнению с полученными результатами слишком велики: каждая секунда пребывания на Луне экипажа «Аполлон-12» стоила 30 тыс. дол., каждый килограмм лунного грунта, доставленного на Землю, стоил 1 млрд. дол.

Постепенное планомерное развитие космонавтики в Советском Союзе, очевидные успехи астронавтики США, деятельность других стран в этом же направлении позволили накопить важный экспериментальный материал и однозначно установить несомненные преимущества и рентабельность космонавтики. Оказалось, что по самым скромным расчетам, проведенным в США, съемки панорамы земной поверхности из космоса в 5-10 раз дешевле аэрофотосъемки. Применение метеоспутников в нашей стране более чем на порядок увеличивает эффективность службы предсказания погоды. Постепенно стало очевидным, что в некоторых областях науки и народного хозяйства, таких, как геодезия, связь, навигация, океанография, метеорология, астрономия, гидрология, геология, лесное хозяйство, сельское и рыбное хозяйство и т. п., применение космических средств не только уже рентабельно, но в ряде случаев и незаменимо.