การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่นำเราไปสู่อวกาศ: จรวด มันทำงานอย่างไร: จรวดอวกาศ จรวดทำอะไรในอวกาศ

บ้าน

คำถาม.

1. ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม ให้อธิบายว่าเหตุใดบอลลูนจึงเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสลมอัดที่ออกมาจากตัวบอลลูน

2.ยกตัวอย่างปฏิกิริยาการเคลื่อนที่ของวัตถุ ในธรรมชาติ ตัวอย่างคือ ปฏิกิริยาของพืช: ผลสุกของแตงกวาบ้า; และสัตว์ต่างๆ เช่น ปลาหมึก ปลาหมึกยักษ์ แมงกะพรุน ปลาหมึก ฯลฯ (สัตว์เคลื่อนไหวโดยการพ่นน้ำที่ดูดซับไว้ออกมา) ในเทคโนโลยี ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นคือล้อเซกเนอร์ , มากกว่าตัวอย่างที่ซับซ้อน

ได้แก่ การเคลื่อนที่ของจรวด (อวกาศ ดินปืน การทหาร) ยานพาหนะทางน้ำที่ใช้เครื่องยนต์วอเตอร์เจ็ท (รถพลังน้ำ เรือ เรือยนต์) ยานพาหนะทางอากาศที่ใช้เครื่องยนต์ไอพ่น (เครื่องบินไอพ่น)

3. จรวดมีจุดประสงค์อะไร? จรวดถูกนำมาใช้ในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสาขาต่าง ๆ: ในกิจการทหาร, ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

ในอวกาศในกีฬาและความบันเทิง

4. ใช้รูปที่ 45 แสดงรายการส่วนหลักของจรวดอวกาศ

ยานอวกาศ, ช่องเก็บเครื่องมือ, ถังออกซิไดเซอร์, ถังน้ำมันเชื้อเพลิง, ปั๊ม, ห้องเผาไหม้, หัวฉีด

5. อธิบายหลักการทำงานของจรวด ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมจรวดจะบินเนื่องจากก๊าซที่มีโมเมนตัมจำนวนหนึ่งถูกผลักออกมาด้วยความเร็วสูงและจรวดจะได้รับแรงกระตุ้นที่มีขนาดเท่ากัน แต่พุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม . ก๊าซจะถูกปล่อยออกมาผ่านหัวฉีดซึ่งเชื้อเพลิงเผาไหม้ไปถึงอุณหภูมิสูง

และแรงกดดัน หัวฉีดจะได้รับเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ซึ่งถูกปั๊มบังคับที่นั่น

6. ความเร็วของจรวดขึ้นอยู่กับอะไร?

ความเร็วของจรวดขึ้นอยู่กับความเร็วของการไหลของก๊าซและมวลของจรวดเป็นหลัก อัตราการไหลของก๊าซขึ้นอยู่กับชนิดของเชื้อเพลิงและชนิดของตัวออกซิไดเซอร์ มวลของจรวดขึ้นอยู่กับความเร็วที่ต้องการส่งไปหรือระยะที่จรวดควรบิน

7. ข้อดีของจรวดหลายขั้นเหนือจรวดแบบขั้นตอนเดียวคืออะไร?

จรวดหลายขั้นสามารถเข้าถึงความเร็วที่สูงกว่าและบินได้ไกลกว่าจรวดแบบขั้นเดียว 8. วิธีการลงจอด?

การลงจอดของยานอวกาศจะดำเนินการในลักษณะที่ความเร็วลดลงเมื่อเข้าใกล้พื้นผิว นี่คือความสำเร็จโดยใช้ ระบบเบรกซึ่งสามารถเล่นได้โดยหรือ ระบบร่มชูชีพการเบรกหรือการชะลอความเร็วสามารถทำได้โดยใช้เครื่องยนต์จรวด โดยหัวฉีดพุ่งลงด้านล่าง (ไปทางโลก ดวงจันทร์ ฯลฯ) เนื่องจากความเร็วจะลดลง

แบบฝึกหัด

1. จากเรือที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 2 m/s คนขว้างไม้พายมวล 5 กิโลกรัมด้วยความเร็วแนวนอน 8 m/s ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของเรือ เรือเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใดหลังจากการขว้างถ้ามวลของมันรวมกับมวลของบุคคลคือ 200 กิโลกรัม?

2. แบบจำลองจรวดจะได้ความเร็วเท่าใดหากมวลของกระสุนคือ 300 กรัม มวลของดินปืนในนั้นคือ 100 กรัม และก๊าซหลุดออกจากหัวฉีดด้วยความเร็ว 100 เมตรต่อวินาที? (พิจารณาให้ก๊าซไหลออกจากหัวฉีดทันที)

3. การทดลองแสดงในรูปที่ 47 ดำเนินการกับอุปกรณ์ใดและอย่างไร ปรากฏการณ์ทางกายภาพใดที่แสดงให้เห็นในกรณีนี้ ประกอบด้วยอะไร และกฎทางกายภาพใดที่รองรับปรากฏการณ์นี้
บันทึก:วางท่อยางในแนวตั้งจนน้ำเริ่มไหลผ่าน

กรวยที่มีท่อยางติดอยู่จากด้านล่างพร้อมหัวฉีดโค้งที่ปลายติดอยู่กับขาตั้งกล้องโดยใช้ที่ยึด และวางถาดไว้ด้านล่าง จากนั้นพวกเขาก็เริ่มเทน้ำจากภาชนะจากด้านบนลงในช่องทาง ในขณะที่น้ำไหลออกจากท่อลงในถาด และตัวท่อเองก็เปลี่ยนจากตำแหน่งแนวตั้ง การทดลองนี้แสดงการเคลื่อนที่เชิงปฏิกิริยาตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม

4. ทำการทดลองดังรูปที่ 47 เมื่อท่อยางเบี่ยงเบนไปจากแนวตั้งให้มากที่สุด ให้หยุดเทน้ำลงในกรวย ในขณะที่น้ำที่เหลืออยู่ในท่อไหลออก ให้สังเกตว่า: ก) ระยะการบินของน้ำในกระแสน้ำ (สัมพันธ์กับรูในท่อแก้ว); b) ตำแหน่งของท่อยาง อธิบายการเปลี่ยนแปลงทั้งสองอย่าง

ก) ระยะการบินของน้ำในลำธารจะลดลง b) เมื่อน้ำไหลออก ท่อจะเข้าใกล้ ตำแหน่งแนวนอน- ปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดจากการที่แรงดันน้ำในท่อลดลง และแรงกระตุ้นในการขับน้ำออกไป

และเรารู้ว่าการเคลื่อนไหวจะเกิดขึ้นได้ต้องใช้แรงบางอย่าง ร่างกายจะต้องผลักออกจากบางสิ่งบางอย่างหรือร่างกายของบุคคลที่สามจะต้องผลักสิ่งที่กำหนดไว้ สิ่งนี้เป็นที่รู้จักและเข้าใจได้สำหรับเราจากประสบการณ์ชีวิต

อะไรที่จะผลักออกไปจากอวกาศ?

ที่พื้นผิวโลก คุณสามารถดันออกจากพื้นผิวหรือจากวัตถุที่อยู่บนพื้นผิวได้ ในการเคลื่อนที่บนพื้นผิว พวกมันใช้ขา ล้อ ราง และอื่นๆ ในน้ำและอากาศ คุณสามารถผลักออกจากน้ำและอากาศได้ซึ่งมีความหนาแน่นในระดับหนึ่ง ดังนั้นจึงทำให้คุณโต้ตอบกับพวกมันได้ ธรรมชาติได้ดัดแปลงครีบและปีกเพื่อจุดประสงค์นี้

มนุษย์ได้สร้างเครื่องยนต์โดยใช้ใบพัดซึ่งเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับสิ่งแวดล้อมอย่างมากเนื่องจากการหมุนและปล่อยให้พวกมันผลักน้ำและอากาศออกไป แต่แล้วกรณีของพื้นที่ไร้อากาศล่ะ? จะเริ่มต้นจากอะไรในอวกาศ? ที่นั่นไม่มีอากาศ ไม่มีอะไรที่นั่น จะบินไปในอวกาศได้อย่างไร? นี่คือจุดที่กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและหลักการของแรงผลักดันปฏิกิริยาเข้ามาช่วยเหลือ มาดูกันดีกว่า

แรงกระตุ้นและหลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น

โมเมนตัมเป็นผลคูณของมวลของร่างกายและความเร็ว เมื่อร่างกายไม่เคลื่อนไหว ความเร็วของมันจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตามร่างกายก็มีมวลอยู่บ้าง ในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลภายนอก ถ้าส่วนหนึ่งของมวลถูกแยกออกจากร่างกายด้วยความเร็วหนึ่ง ดังนั้น ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม ส่วนที่เหลือของร่างกายจะต้องได้รับความเร็วที่แน่นอนเพื่อให้โมเมนตัมทั้งหมดยังคงอยู่ เท่ากับศูนย์

นอกจากนี้ความเร็วของส่วนหลักที่เหลืออยู่จะขึ้นอยู่กับความเร็วที่ส่วนเล็กแยกออกจากกัน ยิ่งความเร็วนี้สูงเท่าไร ความเร็วของตัวเครื่องก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้หากเรานึกถึงพฤติกรรมของร่างกายบนน้ำแข็งหรือในน้ำ

หากมีคนสองคนอยู่ใกล้ ๆ แล้วคนหนึ่งผลักอีกคนเขาจะไม่เพียง แต่เร่งความเร็วเท่านั้น แต่ยังจะบินกลับด้วย และยิ่งเขาผลักใครสักคนแรงเท่าไหร่ เขาก็จะบินหนีไปเร็วขึ้นเท่านั้น

แน่นอนคุณเคยไป สถานการณ์ที่คล้ายกันและคุณคงจินตนาการได้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ดังนั้น, นี่คือสิ่งที่ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นมีพื้นฐานมาจาก.

จรวดที่ใช้หลักการนี้จะปล่อยมวลบางส่วนออกด้วยความเร็วสูง ซึ่งส่งผลให้จรวดได้รับความเร่งในทิศทางตรงกันข้าม

กระแสของก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะถูกขับออกผ่านหัวฉีดแคบเพื่อให้มีความเร็วสูงสุด ในเวลาเดียวกันมวลของจรวดจะลดลงตามปริมาณมวลของก๊าซเหล่านี้และจะได้ความเร็วที่แน่นอน นี่คือวิธีการตระหนักถึงหลักการของการเคลื่อนที่เชิงปฏิกิริยาในฟิสิกส์

หลักการบินของจรวด

จรวดใช้ระบบหลายขั้นตอน ในระหว่างการบิน ระยะชั้นล่างที่ใช้เชื้อเพลิงทั้งหมดจะถูกแยกออกจากจรวดเพื่อลดมวลรวมและอำนวยความสะดวกในการบิน

จำนวนสเตจจะลดลงจนกว่าชิ้นงานจะคงรูปเป็นดาวเทียมหรืออื่นๆ ยานอวกาศ- เชื้อเพลิงคำนวณในลักษณะที่เพียงพอที่จะเข้าสู่วงโคจร

ประวัติโดยย่อของจรวด

หลักการทั่วไปของการบินด้วยเครื่องบินไอพ่นซึ่งเป็นพื้นฐานของจรวดทั้งหมดนั้นเรียบง่าย - บางส่วนถูกแยกออกจากร่างกาย ทำให้ทุกอย่างเคลื่อนไหว

ไม่มีใครรู้ว่าใครเป็นคนแรกที่นำหลักการนี้ไปใช้ แต่การคาดเดาและการคาดเดาต่างๆ ได้นำลำดับวงศ์ตระกูลของวิทยาศาสตร์จรวดกลับมายังอาร์คิมิดีส สิ่งที่ทราบแน่ชัดเกี่ยวกับสิ่งประดิษฐ์แรกๆ ดังกล่าวก็คือ พวกมันถูกใช้อย่างแข็งขันโดยชาวจีน ซึ่งบรรจุดินปืนและปล่อยพวกมันขึ้นสู่ท้องฟ้าเนื่องจากการระเบิด ดังนั้นพวกเขาจึงสร้างสิ่งแรกขึ้นมา เชื้อเพลิงแข็งจรวด รัฐบาลยุโรปแสดงความสนใจอย่างมากต่อขีปนาวุธตั้งแต่เนิ่นๆ

จรวดบูมครั้งที่สอง

จรวดรออยู่ในปีกและรอ: ในปี ค.ศ. 1920 จรวดครั้งที่สองเริ่มขึ้นและมีความเกี่ยวข้องกับสองชื่อเป็นหลัก

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky - นักวิทยาศาสตร์ที่เรียนรู้ด้วยตนเองจาก จังหวัดไรซานแม้จะมีความยากลำบากและอุปสรรค แต่เขาเองก็ประสบความสำเร็จในการค้นพบมากมายโดยปราศจากสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ที่จะพูดถึงอวกาศ แนวคิดการใช้งาน เชื้อเพลิงเหลวสูตรของ Tsiolkovsky ซึ่งคำนวณความเร็วที่จำเป็นสำหรับการบินตามอัตราส่วนของมวลสุดท้ายและมวลเริ่มต้นซึ่งเป็นจรวดแบบหลายขั้นตอน - ทั้งหมดนี้คือข้อดีของเขา ส่วนใหญ่ภายใต้อิทธิพลของผลงานของเขา วิทยาศาสตร์จรวดในประเทศถูกสร้างขึ้นและเป็นทางการ ในสหภาพโซเวียต สังคมและแวดวงสำหรับการศึกษาการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเริ่มเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ รวมถึง GIRD ซึ่งเป็นกลุ่มสำหรับการศึกษาการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นและในปี 1933 สถาบันเจ็ทก็ปรากฏตัวภายใต้การอุปถัมภ์ของเจ้าหน้าที่

คอนสแตนติน เอดูอาร์โดวิช ซิโอลคอฟสกี้
ที่มา: Wikimedia.org

ฮีโร่คนที่สองของการแข่งขันจรวดคือ Wernher von Braun นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน บราวน์มีการศึกษาที่ยอดเยี่ยมและมีจิตใจที่มีชีวิตชีวา และหลังจากได้พบกับผู้ทรงคุณวุฒิด้านวิทยาศาสตร์จรวดระดับโลกอย่างไฮน์ริช โอเบิร์ธ เขาก็ตัดสินใจที่จะทุ่มเทความพยายามทั้งหมดในการสร้างและปรับปรุงจรวด ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ฟอน เบราน์กลายเป็นบิดาของ "อาวุธตอบโต้" ของจักรวรรดิไรช์ นั่นคือจรวด V-2 ซึ่งชาวเยอรมันเริ่มใช้ในสนามรบในปี 2487 “Winged Horror” ตามที่สื่อเรียกกันนั้น นำมาซึ่งความหายนะมาสู่คนจำนวนมาก เมืองอังกฤษแต่โชคดีที่การล่มสลายของลัทธินาซีในเวลานั้นเป็นเรื่องของเวลาอยู่แล้ว Wernher von Braun ร่วมกับน้องชายของเขา ตัดสินใจยอมจำนนต่อชาวอเมริกัน และดังที่ประวัติศาสตร์ได้แสดงให้เห็นแล้วว่า นี่เป็นตั๋วนำโชคไม่เพียงแต่และไม่มากสำหรับนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่สำหรับชาวอเมริกันด้วย ตั้งแต่ปี 1955 บราวน์ทำงานให้กับรัฐบาลอเมริกัน และสิ่งประดิษฐ์ของเขาเป็นรากฐาน โปรแกรมอวกาศสหรัฐอเมริกา

แต่ลองย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 1930 รัฐบาลโซเวียตชื่นชมความกระตือรือร้นของผู้ที่ชื่นชอบการเดินทางสู่อวกาศและตัดสินใจใช้เพื่อประโยชน์ของตนเอง ในช่วงสงครามหลายปี "Katyusha" แสดงให้เห็นว่าตัวเองมีความยอดเยี่ยม - ระบบจรวดหลายลูกที่ยิงได้ จรวด- มันเป็นอาวุธที่เป็นนวัตกรรมในหลาย ๆ ด้าน: Katyusha ซึ่งมีพื้นฐานมาจากรถบรรทุกขนาดเล็กของ Studebaker มาถึง หันหลังกลับ ยิงใส่เซกเตอร์และจากไป โดยไม่ยอมให้ชาวเยอรมันสัมผัสได้

การสิ้นสุดของสงครามทำให้ผู้นำของเราได้รับภารกิจใหม่: ชาวอเมริกันแสดงให้โลกเห็นถึงพลังทั้งหมดของพวกเขา ระเบิดนิวเคลียร์และเห็นได้ชัดว่ามีเพียงผู้ที่มีสิ่งที่คล้ายกันเท่านั้นที่สามารถอ้างสิทธิ์ในสถานะมหาอำนาจได้ แต่มีปัญหาเกิดขึ้น ความจริงก็คือ นอกเหนือจากตัวระเบิดแล้ว เรายังต้องการยานพาหนะขนส่งที่สามารถเลี่ยงการป้องกันทางอากาศของสหรัฐฯ ได้ เครื่องบินไม่เหมาะกับสิ่งนี้ และสหภาพโซเวียตก็ตัดสินใจพึ่งพาขีปนาวุธ

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky เสียชีวิตในปี 2478 แต่เขาถูกแทนที่ด้วยนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ที่ส่งมนุษย์ขึ้นสู่อวกาศ ในบรรดานักวิทยาศาสตร์เหล่านี้คือ Sergei Pavlovich Korolev ผู้ซึ่งถูกกำหนดให้เป็น "ทรัมป์การ์ด" ของโซเวียตในการแข่งขันอวกาศ

สหภาพโซเวียตเริ่มสร้างตนเอง ขีปนาวุธข้ามทวีปด้วยความขยันหมั่นเพียร: สถาบันต่างๆ ได้รับการจัดตั้งขึ้น นักวิทยาศาสตร์ที่เก่งที่สุดถูกรวบรวม สถาบันวิจัยสำหรับ อาวุธขีปนาวุธและงานก็ดำเนินไปอย่างเต็มกำลัง

มีเพียงความพยายาม ทรัพยากร และจิตใจจำนวนมหาศาลเท่านั้นที่ทำให้มันเกิดขึ้นได้ สหภาพโซเวียตวี โดยเร็วที่สุดสร้างจรวดของคุณเอง ซึ่งพวกเขาเรียกว่า R-7 เป็นการดัดแปลงที่ส่ง Sputnik และ Yuri Gagarin สู่อวกาศ และ Sergei Korolev และพรรคพวกของเขาเป็นผู้ริเริ่มยุคอวกาศของมนุษยชาติ แต่จรวดอวกาศประกอบด้วยอะไร?