Циолковский - теоретик космонавтики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего образования

«Алтайский государственный педагогический университет»

Институт информационных технологий и физико-математического образования

Кафедра физики и методики обучения физике

Направление подготовки: 44.04.01 «Педагогическое образование»

Программа подготовки: Физико-астрономическое образование

РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ

Циолковский - теоретик космонавтики

Выполнила: Шестакова Диана Евгеньевна

Барнаул - 2021

Введение

С момента возникновения, космонавтика была предметом особой национальной гордости россиян. Русский мыслитель Циолковский первым из землян задумался об исследовании космического пространства, первая ракета, поборовшая земное притяжение, была разработана русскими конструкторами во главе с Королёвым, а первым человеком, поднявшимся на космическую орбиту, стал наш соотечественник Юрий Гагарин. Значит, было в этой тяге к внеземным просторам что-то очень созвучное русскому характеру и русской душе, раз было дано России сделаться первой космической державой и успехом этим ещё раз утвердить свой статус великой страны.

Детские годы

Константин Эдуардович Циолковский родился в сентябре 1857 г. в селе Ижевском Рязанской губернии, где его отец служил лесничим.Обычно с детьми занималась мать.

Первые годы его детства были очень счастливыми. Циолковский рос живым, смышлёным и впечатлительным ребёнком.

На девятом году жизни Циолковский простудился и заболел скарлатиной. Тяжёлое осложнение, которое оставила болезнь - мальчик потерял слух.

В 1869 году Эдуард Игнатьевич отдал Константина вместе с его младшим братом Игнатием в первый класс мужской Вятской гимназии. В двенадцать лет Циолковский стал гимназистом.

Большими успехами будущий учёный не блистал. За шалости попадал в карцер. Во втором классе остался на второй год, а в третьем и вовсе распрощался с гимназией. В своей рукописи «Фатум» он писал: «Учиться в школе я не мог. Учителей совершенно не слышал или слышал одни неясные звуки. Но постепенно мой ум находил другой источник идей - в книгах…»

На тринадцатом году жизни Константин потерял мать. Горе придавило осиротевшего мальчика. Гораздо острее ощутил он свою глухоту. Пришлось покинуть гимназию. В отличие от гимназических учителей книги щедро оделяют его знаниями и никогда не делают ни малейших упрёков. Книги просто не пускали вперёд, если что-то не усваивалось, не укладывалось в голове. И странное дело - то, что с таким трудом доходило на уроках в гимназии, после размышлений над книжными страницами становилось простым и понятным.

«Лет с четырнадцати - пятнадцати пишет об этой поре Циолковский, - я стал интересоваться физикой, химией, механикой, астрономией, математикой и т.д. Книг было мало, и я больше погружался в собственные мои мысли.

Путь к науке

Видя интерес сына к точным наукам и технике, Эдуард Игнатьевич решил дать ему техническое образование, он отправляет его в Москву для поступления в Высшее техническое училище. Так в 1873 году молодой Циолковский оказался в столице. В училище он, впрочем, не поступил, но решил не возвращаться и посвятить все свои силы самообразованию. Его самообразование проходило в известной Румянцевской или Чертановской библиотеке.

Рабочий день начинался рано. Весь день он не отрывался от стола, пока к трём - четырём часам пополудни звонок возвещал: читальный зал закрывается, пора сдавать книги. Всё время он отдавал учению: сам делал опыты по физике, химии, много читал. Он тщательно изучил курсы начальной и высшей математики, аналитической геометрии, высшей алгебры.

В 1876 году отец вытребовал его домой. Вернувшись под отчий кров, Циолковский начал подрабатывать тем, что давал частные уроки по математике плохо успевающим гимназистам.

Учитель уездной школы

В 1879 году он сдал экзамены на звание учителя народного училища, а в 1880 году был назначен на должность учителя арифметики и геометрии в Боровское уездное училище Калужской губернии. Школьники очень любили доброго учителя. Он никогда не ставил двоек и показывал так много интересных вещей.

Всё свободное время Циолковский посвящал научным опытам. В своей квартире он устроил маленькую лабораторию, где проделывал множество экспериментов. В 1881 году он самостоятельно разработал основы кинетической теории газов, послал работу в петербургское физико - химическое общество и получил ответ от Менделеева. Знаменитый химик очень благожелательно оценил исследование молодого учителя, но сообщил, что аналогичное открытие недавно сделано в Германии. Та же судьба постигла вторую работу Циолковского «Механика животного организма», благоприятный отзыв на которую дал известный физиолог Сеченов. То, что кто-то опередил его в своих открытиях, нисколько не смущало Циолковского. Совпадение найденных результатов с открытиями других учёных лишь убеждало его в собственных силах. Он писал в автобиографии: «Сначала я делал открытия давно известные, потом не так давно, а затем и совсем новые».

циолковский ученый космонавтика

Цельнометаллический аэростат

В середине 80-х гг. определилась сфера научных интересов Циолковского. Он решил посвятить себя разработке летательных аппаратов. Циолковский выпустил небольшую брошюру «Аэростат металлический управляемый». Вскоре у него появилась мысль о создании цельнометаллического аэроплана.

Интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха возник у Циолковского вначале 90 - х гг. В 1891 г. он опубликовал работу «К вопросу о летании посредством крыльев». А в 1894 г. появилась статья Циолковского «Аэроплан, или Птицеподобная (авиационная) летательная машина». Здесь он сделал попытку путём расчётов определить основные лётные характеристики аэроплана для установившегося горизонтального полёта. Не ограничиваясь теоретическими рассуждениями, Циолковский соорудил у себя дома в Калуге самодельную воздуховодную (аэродинамическую) трубу (первую в России) и провёл в ней много экспериментов по определению сопротивления тел различной формы.

В 1900 г., получив небольшое денежное пособие от Академии наук, он создал аэродинамическую трубу большой мощности с аэродинамическими весами. К сожалению, результаты экспериментов Циолковского не были своевременно опубликованы и потому не оказали никакого влияния на развитие авиации. Многие закономерности, им впервые установленные, были обнаружены потом другими учёными (прежде всего, Эйфелем и Прандтлем).

В 1918 году в своей светёлке Циолковский работает над брошюрой «Гондола металлического дирижабля». Проходит шесть лет, и известный советский специалист по ракетной технике Фридрих Артурович Цандер пишет ему: «У меня есть одна просьба к Вам. В вашей книге «Гондола металлического дирижабля» на странице 24. вы пишете: «Ещё 7 лет тому назад Эдисон гальваническим путём готовил листовой никель от 0,001 м толщины, при 2 метрах ширины 1600 метрах длины» Я крайне интересуюсь методом изготовления этих листов и прошу Вас мне не отказать в указании источника, из которого Вы черпали сведения об этих листах. По моим расчётам, такие листы могут быть использованы в межпланетном пространстве, и я хотел бы производить с ними опыты». Факт, о котором пишет Цандер, не случаен, он скорее закономерен.

Во многих работах Циолковский высказывал свидетельства взаимосвязи дирижабля и ракеты.

Работа над реактивными самолётами

Увлечение Циолковского авиацией сохранялось и впоследствии. В старости он заинтересовался реактивными самолётами и в статье «Реактивный аэроплан» (1930) подверг подробному рассмотрению вопрос о преимуществах и недостатках реактивного самолёта по сравнению с винтовым аэропланом. Прогноз его в этом случае оказался совершенно точен. «За эрой аэропланов винтовых, - писал Циолковский, - должна последовать эра реактивных аэропланов, или аэропланов стратосферы». Ещё в двух статьях «Ракетоплан» и «Стратоплан полуреактивный» Циолковский дал первые наброски теории движения самолётов с реактивным двигателем и развил идею турбокомпрессорного винтового реактивного самолёта.

Однако главным образом имя Циолковского связывается теперь с развитием теории реактивного движения (ракетодинамики), основы которой он заложил. Первая его статья на эту тему «Исследование мировых пространств реактивными приборами» появилась в 1903 г. в журнале «Научное обозрение». (Вторая часть вышла в 1912 г.) В этом труде Циолковский впервые в истории предложил использовать ракету для исследования космических пространств и межпланетных полётов. Он первым задумался над вопросами - каковы основные законы, управляющие движением ракеты, заметно меняющей в процессе полёта свою массу? Как рассчитать скорость полёта реактивного аппарата? Как выбраться на реактивном приборе за пределы атмосферы? Как выбраться на реактивном приборе за пределы притяжения Земли? В этой же статье Циолковский впервые дал описание жидкостной ракеты, в которой горючим является жидкий водород, а окислителем - жидкий кислород.

Формула Циолковского

Циолковский попытался сделать математический расчёт движения такой ракеты в свободном пространстве. Понятно, что в ходе полёта масса ракеты из-за расхода топлива будет постепенно уменьшаться. Циолковский учёл это и вывел формулу, позволяющую определить скорость ракеты при постепенном изменении её массы. Эта формула называется теперь формулой Циолковского. Благодаря ей впервые стало возможным путём вычислений заранее определять лётные характеристики ракет. Позже Циолковский попробовал разрешить более сложную задачу - рассчитать движение ракеты при её вертикальном старте с поверхности Земли, то есть тогда, когда на неё воздействует гравитация и сила лобового сопротивления воздуха. Выведенные им формулы не учитывают многих обстоятельств, с которыми столкнулась позднее ракетодинамика (например, Циолковский не имел ещё представления о силах сопротивления при сверхзвуковых скоростях, движение ракеты он рассматривал как прямолинейное, а влияние систем управленияна лётный характеристики вообще не учитывалось). Поэтому в наше время расчёты Циолковского можно рассматривать лишь как первое (грубое) приближение, но суть происходящего отражена в них верно.

Управлять полётом ракеты Циолковский предполагал или при помощи графитовых рулей, помещаемых в струе газа вблизи раструба (сопла) реактивного двигателя, или поворачивая сам раструб. Чтобы уменьшить отрицательное воздействие перегрузок на космонавтов при старте ракеты, Циолковский предлагал погружать их в жидкость равной плотности. Позже Циолковский пришёл к очень плодотворной идее многоступенчатых ракет. Он же заложил основы расчёта полёта этих ракет. (В 1926 г. Циолковский разработал теорию полёта двухступенчатой ракеты с последовательным отделением ступеней, а в 1929 г. - общую теорию полёта многоступенчатой ракеты.)

Но при всём увлечении Циолковского ракетодинамикой, ракета всегда оставалась для него только средством для преодоления земного притяжения и выхода в космос. Он много размышлял над теми проблемами, которые встретит человек, оказавшись в межпланетном пространстве и на других планетах, поэтому его с полным основанием можно считать также основоположником космонавтики. Многие предвидения Циолковского в этой области оказались чрезвычайно точными. Он, к примеру, красочно и очень верно описал ощущения, которые будет испытывать человек при старте ракеты и при выходе её в космическое пространство, в также то, что он там увидит. Фантазия его далеко опережала своё время. Циолковский был твёрдо убеждён, что выход человечества в космос совершенно неизбежен и что именно освоение космоса поможет решить многие современные проблемы землян. В своих книгах он описывал целые кольца космических поселений на громадных орбитальных станциях будущего, расположенных вокруг солнца. Большую роль должны были играть на них космические оранжереи, так как в космосе можно собирать более значительные урожаи, чем на Земле. Он считал. Что обилие дешёвой солнечной энергии позволит человеку переместить в космос многие промышленные предприятия. «Завоевание солнечной системы, - писал Циолковский, - даст не только энергию и жизнь, которые в два миллиарда раз будут обильнее земной энергии и жизни, но и простор ещё более обильный».

Идеи Циолковского намного обогнали своё время. Современники не понимали его работ, правительство не спешило оказать ему материальную поддержку. В старости учёный с горечью писал: «Тяжело работать в одиночку многие годы при неблагоприятных условиях и не видеть ниоткуда ни просвета, ни поддержки». И в самом деле, исследования его протекали в очень тяжёлых условиях: мизерное жалование, большая семья, тесная и неудобная квартира, постоянная нужда, насмешки обывателей - всё это сопутствовало Циолковскому на протяжении всей его жизни. Многие свои книги Циолковскому пришлось публиковать за свой счёт и бесплатно рассылать по библиотекам.

Заключение

Познакомившись с жизнедеятельностью К.Э. Циолковского, убеждаешься в важности детских и юношеских мечтаний. В важности силы характера и жизнелюбия. Несмотря на тяготы жизни, отсутствие материальной поддержки, а порой, и моральной, пронёс он свои смелые и фантастические в тот момент идеи.

Работы Циолковского перекликаются с грядущими поколениями. Когда-нибудь наши потомки овладеют космическими пространствами, они будут высоко чтить Циолковского, потому что он первый дал научно обоснованную гипотезу межпланетных сообщений.

Жизнь К.Э Циолковского - яркий пример самоотверженного служения любимому делу. Облик мыслителя, отдавшего космосу всю жизнь, учёного с удивительно широким кругом интересов - от воздухоплавания до космонавтики, от аэродинамики до философии, от исследования океанских глубин до передачи мыслей на расстоянии.

Список литературы

1. Грицанов А. А. Циолковский // Новейший философский словарь / Сост. и главн. науч. ред. А. А. Грицанов. -- Изд. третье, испр. -- Минск: Книжный дом, 2003. -- С. 1171--1172. -- 1280 с. -- (Мир энциклопедий).

2. Егоров Б. Ф. Циолковский, Константин Эдуардович // Русские писатели. 1800--1917. Биографический словарь. -- М.: Нестор-История, 2019. -- Т. 6. С--Ч. -- С. 583--586. -- 656 с.

3. Космодемьянский А. А. Циолковский // Большая советская энциклопедия / Гл. ред. Б. А. Введенский. -- Второе изд. -- М.: Большая советская энциклопедия, 1957. -- Т. 46: Фусе -- Цуруга. -- С. 634--635. -- 672 с.

4. Роднянская И. Циолковский // Философская энциклопедия / Гл. рел. В. Ф. Константинов. -- М.: Советская энциклопедия, 1970. -- Т. 5: Сигнальные системы -- Яшты. -- С. 466--468. -- 740 с

5. Перельман Я. И. Циолковский: его жизнь, изобретения и научные труды: по поводу 75-летия со дня рождения. -- Л.; М.: Государственное технико-теоретическое издательство, 1932. -- 62 с

Размещено на Allbest.ru