Закон сохранения импульса. Реактивное движение
Понятие замкнутой системы. Изучение закона сохранения импульса на примере нецентрального соударения двух шаров разных масс. Анализ причины возникновения отдачи при стрельбе из орудия. Расчёт реактивной силой тяги ракеты. Применение формулы Циолковского.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.12.2014 |
| Размер файла | 392,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Реферат по физике
на тему «Закон сохранения импульса. Реактивное движение»
Выполнил:
Аракелян Яков
Студент гр.1211
г. Ростов-на-Дону
При взаимодействии тел импульс одного тела может частично или полностью передаваться другому телу. Если на систему тел не действуют внешние силы со стороны других тел, такая система называется замкнутой.
В замкнутой системе векторная сумма импульсов всех тел, входящих в систему, остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса. Он является следствием из второго и третьего законов Ньютона.
Рассмотрим какие-либо два взаимодействующих тела, входящих в состав замкнутой системы. Силы взаимодействия между этими телами обозначим через и По третьему закону Ньютона Если эти тела взаимодействуют в течение времени t, то импульсы сил взаимодействия одинаковы по модулю и направлены в противоположные стороны: Применим к этим телам второй закон Ньютона:
где и - импульсы тел в начальный момент времени, и - импульсы тел в конце взаимодействия. Из этих соотношений следует:
Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился.
Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему.
Рис. 1 иллюстрирует закон сохранения импульса на примере нецентрального соударения двух шаров разных масс, один из которых до соударения находился в состоянии покоя.
|
Рисунок 1. Нецентральное соударение шаров разных масс: 1 - импульсы до соударения; 2 - импульсы после соударения; 3 - диаграмма импульсов. |
импульс реактивный циолковский
Изображенные на рис. 1 вектора импульсов шаров до и после соударения можно спроектировать на координатные оси OX и OY. Закон сохранения импульса выполняется и для проекций векторов на каждую ось. В частности, из диаграммы импульсов (рис. 1) следует, что проекции векторов и импульсов обоих шаров после соударения на ось OY должны быть одинаковы по модулю и иметь разные знаки, чтобы их сумма равнялась нулю.
Закон сохранения импульса во многих случаях позволяет находить скорости взаимодействующих тел даже тогда, когда значения действующих сил неизвестны. Примером может служить реактивное движение.
При стрельбе из орудия возникает отдача - снаряд движется вперед, а орудие - откатывается назад. Снаряд и орудие - два взаимодействующих тела. Скорость, которую приобретает орудие при отдаче, зависит только от скорости снаряда и отношения масс (рис. 2). Если скорости орудия и снаряда обозначить через и а их массы через М и m, то на основании закона сохранения импульса можно записать в проекциях на ось OX
|
Рисунок 2. Отдача при выстреле из орудия. |
На принципе отдачи основано реактивное движение. В ракете при сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла с большой скоростью относительно ракеты. Обозначим массу выброшенных газов через m, а массу ракеты после истечения газов через M. Тогда для замкнутой системы «ракета + газы» можно записать на основании закона сохранения импульса (по аналогии с задачей о выстреле из орудия):
где V - скорость ракеты после истечения газов.
Здесь предполагалось, что начальная скорость ракеты равнялась нулю.
Полученная формула для скорости ракеты справедлива лишь при условии, что вся масса сгоревшего топлива выбрасывается из ракеты одновременно.
На самом деле истечение происходит постепенно в течение всего времени ускоренного движения ракеты. Каждая последующая порция газа выбрасывается из ракеты, которая уже приобрела некоторую скорость.
Для получения точной формулы процесс истечения газа из сопла ракеты нужно рассмотреть более детально. Пусть ракета в момент времени t имеет массу M и движется со скоростью (рис.3 ).
В течение малого промежутка времени Дt из ракеты будет выброшена некоторая порция газа с относительной скоростью Ракета в момент t + Дt будет иметь скорость а ее масса станет равной M + ДM, где ДM < 0.
Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна -ДM > 0. Скорость газов в инерциальной системе OX будет равна Применим закон сохранения импульса.
В момент времени t + Дt импульс ракеты равен а импульс испущенных газов равен
В момент времени t импульс всей системы был равен Предполагая систему «ракета + газы» замкнутой, можно записать:
Величиной можно пренебречь, так как |ДM| << M. Разделив обе части последнего соотношения на Дt и перейдя к пределу при Дt > 0, получим
|
Рисунок 3. Ракета, движущаяся в свободном пространстве (без гравитации). 1 - в момент времени t. Масса ракеты М, ее скорость 2 - Ракета в момент времени t + Дt. Масса ракеты M + ДM, где ДM < 0, ее скорость масса выброшенных газов -ДM > 0, относительная скорость газов скорость газов в инерциальной системе |
Величина есть расход топлива в единицу времени. Величина называется реактивной силой тяги Реактивная сила тяги действует на ракету со стороны истекающих газов, она направлена в сторону, противоположную относительной скорости. Соотношение
выражает второй закон Ньютона для тела переменной массы. Если газы выбрасываются из сопла ракеты строго назад (рис. 3), то в скалярной форме это соотношение принимает вид:
|
Ma = мu, |
где u - модуль относительной скорости. С помощью математической операции интегрирования из этого соотношения можно получить формулу для конечной скорости х ракеты:
где M0/M - отношение начальной и конечной масс ракеты. Эта формула называется формулой Циолковского. Из нее следует, что конечная скорость ракеты может превышать относительную скорость истечения газов. Следовательно, ракета может быть разогнана до больших скоростей, необходимых для космических полетов.
Но это может быть достигнуто только путем расхода значительной массы топлива, составляющей большую долю первоначальной массы ракеты. Например, для достижения первой космической скорости х = х1 = 7,9·103 м/с при u = 3·103 м/с (скорости истечения газов при сгорании топлива бывают порядка 2-4 км/с) стартовая масса одноступенчатой ракеты должна примерно в 14 раз превышать конечную массу.
Для достижения конечной скорости х = 4u отношение M0/M должно быть равно 50.
|
Модель. Реактивное движение. |
Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенчатых ракет, когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива.
Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Реактивное движение, его применение: двигатели, оружие; проявление закона сохранения импульса тела при запуске многоступенчатой ракеты. История создания реактивной техники К.Э. Циолковским, Ю.А. Гагариным, С.П. Королевым. Реактивное движение в природе.
реферат [93,1 K], добавлен 08.08.2011Удар абсолютно упругих и неупругих тел. Закон сохранения импульса и сохранения момента импульса. Физический смысл соударения упругих и неупругих тел. Практическое применение физического явления соударения тел. Механический метод разрушения пород.
контрольная работа [240,4 K], добавлен 16.09.2013Измерение полного импульса замкнутой системы. Строение и свойства лазерного наноманипулятора. Направление момента силы относительно оси. Закон изменения и сохранения момента импульса. Уравнение движения центра масс. Системы отсчета, связанные с Землей.
презентация [264,6 K], добавлен 29.09.2013Процессы, которые происходят при взаимодействии тел. Закон сохранения импульса, условия применения. Основа вращения устройства "сигнерова колеса". История проекта ракеты с пороховым двигателем. Технические характеристики корабля-спутника "Восток-1".
презентация [439,5 K], добавлен 06.12.2011Движение, возникающее при отделении от тела со скоростью какой-либо его части. Использование реактивного движения моллюсками. Применение реактивного движения в технике. Основа движения ракеты. Закон сохранения импульса. Устройство многоступенчатой ракеты.
реферат [1,4 M], добавлен 02.12.2010Проверка основного закона динамики вращательного движения и определение момента инерции динамическим методом. Законы сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров. Вращательное движение на приборе Обербека.
лабораторная работа [87,7 K], добавлен 25.01.2011Движение несвободной частицы. Силы реакции и динамика частиц. Движение центра масс, закон сохранения импульса системы. Закон сохранения кинетического момента системы. Закон сохранения и превращения механической энергии системы частиц. Теорема Кёнига.
доклад [32,7 K], добавлен 30.04.2009Гидроаэромеханика. Законы механики сплошной среды. Закон сохранения импульса. Закон сохранения момента импульса. Закон сохранения энергии. Гидростатика. Равновесие жидкостей и газов. Прогнозирование характеристик течения. Уравнение неразрывности.
курсовая работа [56,6 K], добавлен 22.02.2004Понятие механической системы; сохраняющиеся величины. Закон сохранения импульса. Взаимосвязь энергии и работы; влияние консервативной и результирующей силы на кинетическую энергию частицы. Момент импульса материальной точки; закон сохранения энергии.
курсовая работа [111,6 K], добавлен 06.12.2014Изучение законов сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров. Определение средней силы удара, коэффициента восстановления скорости и энергии деформации шаров. Абсолютно упругий, неупругий удар, элементы теории.
контрольная работа [69,4 K], добавлен 18.11.2010Импульс тела и силы. Изучение закона сохранения импульса и условий его применения. Исследование истории реактивного движения. Практическое применение принципов реактивного движения тела в авиации и космонавтике. Характеристика значения освоения космоса.
презентация [629,8 K], добавлен 19.12.2012Понятие работы и мощности, их измерение. Взаимосвязь между работой и энергией. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии и импульса. Столкновение двух тел. Формулы, связанные с работой и энергией при поступательном движении.
реферат [75,6 K], добавлен 01.11.2013Законы сохранения в механике. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения. Законы сохранения импульса и энергии.
творческая работа [74,1 K], добавлен 25.07.2007Законы сохранения импульса и момента импульса. Геометрическая сумма внутренних сил механической системы. Законы Ньютона. Момент импульса материальной точки. Изотропность пространства. Момент импульса материальной точки относительно неподвижной оси.
презентация [337,7 K], добавлен 28.07.2015Вывод формулы для нормального и тангенциального ускорения при движении материальной точки и твердого тела. Кинематические и динамические характеристики вращательного движения. Закон сохранения импульса и момента импульса. Движение в центральном поле.
реферат [716,3 K], добавлен 30.10.2014Равномерное и равноускоренное прямолинейное движение. Законы динамики, проявление закона сохранения импульса в природе и использование его в технике. Закон всемирного тяготения. Превращение энергии при механических колебаниях. Закон Бойля–Мариотта.
шпаргалка [243,2 K], добавлен 14.05.2011Закон сохранения импульса, закон сохранения энергии. Основные понятия движения жидкостей и газов, закон Бернулли. Сила тяжести, сила трения, сила упругости. Законы Исаака Ньютона. Закон всемирного тяготения. Основные свойства равномерного движения.
презентация [1,4 M], добавлен 22.01.2012Исследование механизма упругих и неупругих столкновений, изучение законов сохранения импульса и энергии. Расчет кинетической энергии при абсолютно неупругом ударе и описание механизма её превращения во внутреннюю энергию, параметры сохранения импульса.
лабораторная работа [129,6 K], добавлен 20.05.2013Реактивное движение: сохранение импульса изолированной механической системы тел как сущность и принцип его возникновения. Примеры реактивного движения в природе и технике: "бешеный" огурец, морские животные, насекомые. Конструкция водометного двигателя.
реферат [3,0 M], добавлен 27.02.2011Реактивное движение - движение тела, обусловленное отделением от него с некоторой скоростью какой-то его части. История создания реактивного двигателя, его основные элементы и принцип работы. Физические законы Циолковского, устройство ракеты-носителя.
презентация [1,0 M], добавлен 20.02.2012
