Movimento reattivo in ingegneria e natura - esempi

Per la maggior parte delle persone, il termine "movimento reattivo" è rappresentato sotto forma di progresso moderno in scienza e tecnologia, specialmente nel campo della fisica. Propulsione a getto nella tecnologia è associato da molti con veicoli spaziali, satelliti e aerei a reazione. Si scopre che il fenomeno della propulsione a getto esisteva molto prima rispetto all'uomo stesso, e indipendentemente da lui. Le persone sono solo riuscite a capire, usare e sviluppare ciò che è soggetto alle leggi della natura e dell'universo.

Cos'è la propulsione a getto?

In inglese, la parola "jet" suona come "jet". Con esso si intende il movimento del corpo, che si forma nel processo di separare le parti da esso con una certa velocità. Esiste una forza che muove il corpo nella direzione opposta dalla direzione del movimento, separando parte da esso. Ogni volta che la materia viene estratta dall'oggetto e l'oggetto si muove nella direzione opposta, viene osservato un movimento reattivo. Per sollevare oggetti in aria, gli ingegneri devono progettare una potente installazione a getto. Rilasciando flussi di fiamme, i motori a razzo lo sollevano nell'orbita terrestre. A volte i razzi lanciano satelliti e sonde spaziali.

Per quanto riguarda gli aerei di linea e gli aerei militari, il principio del loro lavoro ricorda in qualche modo il decollo di un razzo: il corpo fisico reagisce a un potente getto di gas espulso, con il risultato che si muove nella direzione opposta. Questo è il principio di base del funzionamento degli aerei a reazione.

Le leggi di Newton nel moto dei jet

Gli ingegneri basano il loro sviluppo sui principi della creazione dell'universo, descritti per la prima volta in dettaglio nelle opere dell'eminente scienziato britannico Isaac Newton, che visse nel tardo XVII secolo. Le leggi di Newton descrivono i meccanismi di gravità e ci dicono cosa succede quando gli oggetti si muovono. Spiegano in modo particolarmente chiaro il movimento dei corpi nello spazio.

La seconda legge di Newton determina che la forza di un oggetto in movimento dipende da quanta materia contenga, in altre parole, dalla sua massa e dai cambiamenti nella velocità di movimento (accelerazione). Quindi, per creare un potente razzo, è necessario che rilasci costantemente una grande quantità di energia ad alta velocità. La terza legge di Newton dice che per ogni azione ci sarà una forza uguale, ma la reazione opposta è l'opposizione. Motori a reazione in natura e tecnologia obbedire a queste leggi. Nel caso di un razzo, la forza dell'azione è la materia che vola fuori dal tubo di scarico. L'opposizione è di spingere il razzo in avanti. È il potere delle emissioni da esso spinge un razzo. Nello spazio, dove il razzo non ha quasi peso, anche una leggera spinta dai motori a razzo può far volare rapidamente una grande nave.

Tecnica con propulsione a getto

La fisica del movimento reattivo è che l'accelerazione o la decelerazione del corpo avviene senza l'influenza dei corpi circostanti. Il processo si verifica a causa della separazione di parte del sistema.

Esempi di propulsione a getto in tecnologia sono:

1. il fenomeno del rinculo dallo sparo;
2. esplosioni;
3. si schianta durante gli incidenti;
4. rinculo quando si usa una pistola potente;
5. la barca con il motore a reazione;
6. aereo a reazione e razzo.

I corpi creano un sistema chiuso se interagiscono solo l'uno con l'altro. Tale interazione può portare a un cambiamento nello stato meccanico dei corpi che formano il sistema.

Qual è l'effetto della legge di conservazione della quantità di moto?

Per la prima volta questa legge fu annunciata dal filosofo e fisico francese Descartes. Quando due o più corpi interagiscono, tra di loro si forma un sistema chiuso. Quando si muove, qualsiasi corpo ha il suo impulso. Questa è la massa corporea moltiplicata per la sua velocità. L'impulso totale del sistema è uguale alla somma vettoriale degli impulsi dei corpi in essa contenuti. L'impulso di uno qualsiasi dei corpi all'interno del sistema varia a causa della loro influenza reciproca. L'impulso totale dei corpi in un sistema chiuso rimane invariato durante vari movimenti e interazioni di corpi. Questa è la legge della conservazione della quantità di moto.

Esempi di funzionamento di questa legge sono le collisioni di corpi (palle da biliardo, automobili, particelle elementari), così come le interruzioni del corpo e le riprese. Quando un'arma viene sparata, il rinculo si verifica: il proiettile si precipita in avanti e l'arma stessa respinge indietro. Perché sta succedendo questo? Il proiettile e l'arma formano tra loro un sistema chiuso in cui funziona la legge di conservazione del momento. Quando spari, gli impulsi dell'arma stessa e il proiettile cambiano. Ma l'impulso totale dell'arma e il proiettile in esso contenuto prima dello sparo saranno pari all'impulso totale dell'arma a rotazione e del proiettile sparato dopo lo sparo. Se il proiettile e la pistola avessero la stessa massa, si allontanerebbero in direzioni opposte con la stessa velocità.

La legge di conservazione della quantità di moto ha un'ampia applicazione pratica. Permette di spiegare la propulsione a getto, grazie alla quale si raggiungono le velocità più elevate.

Moto reattivo in fisica

L'esempio più eclatante della legge di conservazione della quantità di moto è il movimento del getto effettuato da un razzo. La parte più importante del motore è la camera di combustione. In una delle sue pareti c'è un ugello a getto, adattato per rilasciare il gas che si verifica quando si brucia combustibile. Sotto l'azione di gas ad alta temperatura e pressione ad alta velocità fuori dall'ugello del motore. Prima del lancio del razzo, il suo slancio relativo alla Terra è pari a zero. Al momento del lancio, il razzo riceve anche un impulso che è uguale all'impulso del gas, ma opposto nella direzione.

Un esempio della fisica della propulsione a reazione può essere visto ovunque. Durante una festa di compleanno, un pallone potrebbe diventare un razzo. In che modo? Gonfiare il palloncino bloccando il foro aperto in modo che l'aria non esca da esso. Adesso lascialo andare. Il pallone con grande velocità guiderà la stanza, spinto dall'aria che vola fuori da esso.

Storia di propulsione a getto

La storia dei motori a reazione iniziò nel 120 aC, quando Heron of Alexandria progettò il primo motore a reazione, l'eolipil. L'acqua viene versata in una palla di metallo, che viene riscaldata dal fuoco. Il vapore che fuoriesce da questa sfera lo fa ruotare. Questo dispositivo mostra una propulsione a getto. I sacerdoti del motore Gerona sono stati usati con successo per aprire e chiudere le porte del tempio. Modifica di eolipil - Segner wheel, che viene utilizzato efficacemente nel nostro tempo per l'irrigazione di terreni agricoli. Nel XVI secolo, Jovani Branca introdusse la prima turbina a vapore al mondo, che lavorò sul principio della propulsione a getto. Isaac Newton ha proposto uno dei primi progetti di macchine a vapore.

I primi tentativi di utilizzare la propulsione a getto in tecnologia per spostarsi sulla terra appartengono ai secoli 15-17. 1000 anni fa, i cinesi avevano missili usati come armi militari. Ad esempio, nel 1232, secondo la cronaca, nella guerra con i mongoli, utilizzavano frecce dotate di missili.

I primi tentativi di costruire un aereo a reazione iniziarono nel 1910. La ricerca sui missili dei secoli passati è stata presa come base, in cui è stato descritto in dettaglio l'uso degli acceleratori di polvere, che possono ridurre in modo significativo la lunghezza del postcombustore e del decollo. Il capo progettista era l'ingegnere rumeno Henri Coanda, che costruì un aereo basato su un motore a pistoni. Il pioniere della propulsione a getto nella tecnica può essere giustamente chiamato l'ingegnere inglese - Frank Whitle, che ha proposto le prime idee sulla creazione di un motore a reazione e ha ricevuto il suo brevetto per loro alla fine del 19 ° secolo.

I primi motori a reazione

Per la prima volta lo sviluppo di un motore a reazione in Russia è iniziato all'inizio del 20 ° secolo. La teoria del moto degli apparecchi a getto e della tecnologia missilistica in grado di sviluppare la velocità supersonica è stata avanzata dal noto scienziato russo K. E. Tsiolkovsky. Il talentuoso designer A. M. Lyulka è riuscito a dare vita a questa idea. È stato lui a creare il progetto del primo dei velivoli a reazione dell'URSS che operava con l'aiuto di una turbina a reazione. I primi aerei a reazione furono creati da ingegneri tedeschi. La creazione di progetti e la produzione sono stati effettuati segretamente in fabbriche travestite. Hitler, con la sua idea di diventare un sovrano mondiale, ha collegato i migliori designer tedeschi per produrre le armi più potenti, compresi i velivoli ad alta velocità. Il più riuscito di questi fu il primo aereo a reazione tedesco Messerschmitt-262. questo aereo È diventato il primo al mondo a sopportare con successo tutti i test, ha preso liberamente il volo e dopo che ha iniziato a essere prodotto in serie.

L'aereo aveva le seguenti caratteristiche:

• Il dispositivo aveva due motori a turbogetto.
• Il radar era situato a prua.
• La velocità massima del velivolo ha raggiunto i 900 km / h.

Grazie a tutti questi indicatori e caratteristiche progettuali, il primo velivolo Messerschmitt-262 era un'arma formidabile nella lotta contro altri velivoli.

Prototipi di aerei di linea moderni

Nel dopoguerra, i designer russi crearono aerei a reazione, che in seguito divennero prototipi di moderni aerei di linea.

L'I-250, meglio conosciuto come il leggendario MiG-13, è il combattente su cui ha lavorato AI Mikoyan. Il primo volo fu fatto nella primavera del 1945, a quel tempo il jet da combattimento mostrò una velocità record che raggiunse gli 820 km / h. Sono stati lanciati i velivoli a reazione MiG-9 e Yak-15.

Nell'aprile 1945, per la prima volta, il P.O. Sukhoi - Su-5 volò in cielo, alzandosi e volando a causa di un motore a compressore d'aria e motore a pistoni situato nella sezione di coda della struttura.

Dopo la fine della guerra e la resa della Germania fascista, l'Unione Sovietica prese gli aerei tedeschi con JUMO-004 e BMW-003 come trofei.

Primi prototipi mondiali

Non solo i progettisti tedeschi e sovietici erano impegnati nello sviluppo, nella sperimentazione di nuovi aerei di linea e nella loro produzione. Gli ingegneri di Stati Uniti, Italia, Giappone e Regno Unito hanno anche creato alcuni progetti di successo, utilizzando la propulsione a getto in ingegneria. Tra i primi sviluppi con diversi tipi di motori sono:

• Not-178 - Centrale elettrica turbojet per aerei tedeschi, sollevata in aria nell'agosto del 1939.
• GlosterE. 28/39 - un velivolo originario del Regno Unito, con un motore a turbogetto, volò per la prima volta in cielo nel 1941.
• Not-176 - un combattente creato in Germania utilizzando un motore a razzo, fece il suo primo volo nel luglio del 1939.
• BI-2 - il primo aereo sovietico, che è stato messo in moto da una centrale elettrica a razzo.
• CampiniN.1 - un aereo jet creato in Italia, che è diventato il primo tentativo dei designer italiani di allontanarsi dalla controparte del pistone.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") con un motore Tsu-11 è un cacciabombardiere giapponese, il cosiddetto velivolo di una volta con a bordo un pilota kamikaze.

L'uso della propulsione a reazione ha dato un forte impulso alla rapida creazione dei seguenti aerei a reazione e all'ulteriore sviluppo di aerei militari e civili.

1. GlosterMeteor - il caccia ad aria compressa, realizzato nel Regno Unito nel 1943, ha avuto un ruolo significativo nella seconda guerra mondiale e, dopo il suo completamento, ha svolto il compito di missili intercettori V-1 tedeschi.
2. LockheedF-80 è un aereo a reazione prodotto negli Stati Uniti utilizzando un motore di tipo AllisonJ. Questi aerei più di una volta hanno partecipato alla guerra giapponese-coreana.
3. B-45 Tornado è un prototipo di moderni bombardieri americani B-52, creato nel 1947.
4. Il MiG-15, un seguace del famoso jet da combattimento MiG-9, che partecipò attivamente al conflitto militare in Corea, fu prodotto nel dicembre 1947.
5. Il Tu-144 è il primo aereo da trasporto aereo supersonico sovietico.

Apparecchi a getto moderni

Ogni anno gli aerei di linea stanno migliorando, perché i progettisti di tutto il mondo stanno lavorando per creare veicoli di nuova generazione in grado di volare alla velocità del suono ea velocità supersoniche. Ora ci sono navi che possono ospitare un gran numero di passeggeri e merci, con dimensioni enormi e una velocità inimmaginabile di oltre 3000 km / h, aerei militari equipaggiati con moderne attrezzature da combattimento.

Ma tra questa varietà ci sono diversi modelli di titolari di registri di jet:

1. L'Airbus A380 è il dispositivo più capiente in grado di accogliere 853 passeggeri a bordo, dotato di una struttura a due piani. È anche uno degli aerei di linea più lussuosi e costosi del nostro tempo. La più grande nave passeggeri in aria.
2. Boeing 747 - più di 35 anni è stato considerato il più capiente transatlantico a due piani e poteva trasportare 524 passeggeri.
3. AN-225 "Mriya" - un aereo cargo, che può vantare una capacità di carico di 250 tonnellate.
4. LockheedSR-71 è un aereo a reazione, che raggiunge una velocità di 3529 km / h durante il volo.

La ricerca aeronautica non si ferma, perché gli aerei a reazione sono la base dell'aviazione moderna in rapido sviluppo. Ora sono in fase di progettazione diversi aerei di linea senza equipaggio, con equipaggio a reazione, a propulsione occidentale e russa, con motori a reazione, il cui rilascio è previsto per i prossimi anni.

Gli sviluppi innovativi russi del futuro includono il combattente di quinta generazione PAK FA - T-50, le cui prime copie andranno alle truppe presumibilmente verso la fine del 2017 o all'inizio del 2018 dopo aver testato un nuovo motore a reazione.

La natura è un esempio di propulsione a getto.

Il principio reattivo del movimento era originariamente suggerito dalla natura stessa. La sua azione è utilizzata da alcune larve. specie di libellula, meduse, molti molluschi - capesante, seppie, polpi, calamari. Applicano una sorta di "principio di repulsione". Le seppie attirano l'acqua e la gettano via così rapidamente che loro stessi fanno un balzo in avanti. I calamari, con questo metodo, possono raggiungere velocità fino a 70 chilometri all'ora. Questo è il motivo per cui questo metodo di trasporto ha permesso di chiamare calamari "razzi biologici". Gli ingegneri hanno già inventato il motore, che opera sul principio dei movimenti dei calamari. Un esempio dell'uso della propulsione a getto in natura e nella tecnologia è un jet.

Questo è un dispositivo che fornisce il movimento attraverso la potenza dell'acqua scaricata sotto forte pressione. Nel dispositivo, l'acqua viene pompata nella camera, e quindi scaricata da esso attraverso un ugello, e la nave si muove nella direzione opposta all'espulsione del getto. L'acqua viene aspirata dal motore che funziona a diesel o benzina.

Esempi di propulsione a getto ci offrono e il mondo vegetale. Tra loro ci sono specie che usano un tale movimento per spargere semi, per esempio, un cetriolo frenetico. Solo esteriormente questa pianta è come i soliti cetrioli per noi. E il caratteristico "pazzo" che ha ricevuto a causa dello strano metodo di riproduzione. Maturazione, la frutta rimbalza sul gambo. Come risultato, si apre un foro attraverso il quale il cetriolo spara con una sostanza contenente semi adatti alla germinazione usando la reattività. E il cetriolo allo stesso tempo rimbalza fino a dodici metri nella direzione opposta allo sparo.

La manifestazione nella natura e la tecnica della propulsione a getto è soggetta alle stesse leggi dell'universo. L'umanità usa sempre più queste leggi per raggiungere i suoi obiettivi non solo nell'atmosfera della Terra, ma anche nella vastità dello spazio, e la propulsione a getto ne è un chiaro esempio.