Ракеты

Рассмотрим несколько примеров, подтверждающих,
справедливость закона сохранения импульса.
Наверняка многие из вас наблюдали, как приходит в
надутый воздухом воздушный шарик, если развязать нить,
стягивающую его отверстие.
Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения им
пульса.
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, обладав импульсом, направленным в сторону его
движения.
Согласно действующему в природе закону сохранения
импульса суммарный импульс системы, состоящей из двух тел
— шарика и воздуха в нем, - должен остаться таким же ,каким
был до начала истечения воздуха т. е. равным нулю. Поэтому
шарик начинает двигаться в противоположную струе сторону с
такой скоростью, что его импульс равен по модулю импульсу
воздушной струи. Векторы импульсов шарика и воздуха
направлены в противоположные стороны. В результате
суммарный импульс взаимодействующих тел остается равным
нулю.
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.
Вы знаете, что принцип реактивного
движения находит широкое практическое
применение в авиации и космонавтике. И
для космических полетов могут быть
использованы только реактивные
летательные аппараты, т. е. ракеты.
В любой ракете, независимо от ее
конструкции, всегда имеется оболочка и
топливо с окислителем. На рисунке
изображена ракета в разрезе. Мы видим,
что оболочка ракеты включает в себя
полезный груз (в данном случае это космический корабль),
приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).
Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем
(окислитель нужен для поддержания горения топлива,
поскольку в космосе нет кислорода).
Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру
сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой
температуры и высокого давления. Благодаря большой
разности давлений в камере сгорания и в космическом
пространстве, газы из камеры сгорания мощной струей
устремляются наружу через раструб специальной формы,
называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы
повысить скорость струи. Дело в том, что от этой скорости
зависит скорость ракеты.
Но помимо скорости истечения газа существуют и другие
факторы, от которых зависит скорость движения ракеты.
Чтобы преодолеть притяжение Земли, ракеты должны
развивать огромную скорость.
Космические ракеты-носители обычно состоят из двух и более
ступеней. На каждой ступени имеется двигатель и запас
топлива. Нижняя ступень разгоняет ракету до тех пор, пока не
кончится ее топливо. Затем она отделяется и падает, после чего
включается двигатель второй ступени, и т.д. Но если же
корабль должен совершить посадку, то третья ступень
используется для торможения корабля перед посадкой. При
этом ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось
впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей
импульс, направленный против скорости ее движения, что
приводит к уменьшению скорости и дает возможность осуществить посадку.
Идея использования ракет для космических полетов была
выдвинута в начале XX в. русским ученым, изобретателем и
учителем
Константином Эдуардовичем Циолковским.
Первый научный труд по космонавтике появился в 1903 г.
Именно тогда скромный преподаватель калужской гимназии
Константин Эдуардович Циолковский опубликовал своё
«Исследование мировых пространств реактивными
приборами». В этой работе содержалось важнейшее для
изучения Вселенной математическое выражение, известное
теперь как «формула Циолковского». Она описывает движение
ракетного аппарата переменной массы без воздействия внешних
сил. Сам учёный осознавал значение выведенного им
элементарного математически, но фундаментального для
космонавтики уравнения. Он хорошо помнил дату, когда
впервые записал его на бумаге. Недаром в последующих своих
научных сочинениях рядом с формулой всегда помечал дату: 10
мая 1897 г.
• Решением уравнения движения тела с переменной массой в
общем виде занимались английские исследователи У. Мур
(1810-1811 гг.), П. Г. Тэйт и У. Дж. Стил (1856 г.), а также
российский учёный Иван Всеволодович Мещерский (1859—
1935). В их математических исследованиях оговаривалось, что
под таким «телом» может пониматься ракета или, например у
Мещерского, «привязной аэростат». Но первая в истории
научная статья по космонавтике принадлежит перу
Циолковского. Он рассмотрел теорию движения ракеты,
обосновал возможность использования реактивных
летательных аппаратов для космических полётов с единственно
приемлемым для «дальнего полёта» двигателем, работающим
на жидком топливе. Была приведена и схема такого двигателя.
Однако на статью в Журнале «Научное обозрение» мало кто
обратил внимание в России. Практически
неизвестной осталась она и для
иностранных энтузиастов покорения
космоса.
Пол века спустя идея Циолковского была
развита и реализована Королевым.
Вся жизнь Сергея Павлович королева была
проникнута романтически стремлением
летать. Летать всё выше, быстрее и дальше,
создавать для этого уникальные машины, сплачивать вокруг себя
коллективы энтузиастов и мечтателей, увлекая их своим смелым
творчеством.