1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

От чего зависит скорость ракеты

От чего зависит скорость ракеты

Космос – это таинственное пространство, которое не может не завораживать. Циолковский считал, что именно в космосе заключается будущее человечества. Пока нет никаких серьезных оснований спорить с этим ученым. Космос предлагает безграничные возможности для развития человечества и расширения жизненного пространства. К тому же, он скрывает в себе ответы на многочисленные вопросы. Сегодня человек стал активно использовать космическое пространство. Поэтому от того, как взлетают ракеты, во многом зависит наше будущее. Не менее важным является и понимание этого процесса людьми. Ниже мы расскажем вам о том, какую скорость может развивать полета космической ракеты и сколько времени уйдет на то, чтобы добраться до тех или иных космических тел.

Сразу стоит сказать, что вопрос: «С какой скоростью взлетает ракета?», не совсем правильный. Да, и вообще, приравнивать космические полеты к классическим единицам измерения не корректно. Ведь абсолютно не важно с какой скоростью взлетают ракеты, их много и все они имеет разные характеристики. Те, которые используются для вывода космонавтов на орбиту, летят не так быстро, как грузовые. В отличие от груза, человек, ограничен перегрузками. Такие грузовые ракеты, как, к примеру, сверхтяжелая Falcon Heavy может взлетать довольно быстро.

Рассчитать точные единицы скорости – непросто. В первую очередь потому, что они во многом зависят от полезной нагрузки ракеты-носителя. Не исключено, что ракета-носитель с полной загрузкой взлетает намного медленнее, чем полупустая. Но есть еще одна общая величина, к которой стремятся все ракеты – космическая скорость.

Существует первая, вторая и третья космические скорости. Первая – необходимая скорость, позволяющая двигаться по орбите и не падать на планету – это 7,9 километров в секунду. Вторая требуется для того, чтобы покинуть земную орбиту и направится к орбите другого небесного тела. Третья – позволяет космическому аппарату преодолевать притяжение Солнечной системы (СС), а также покинуть ее. На сегодняшний день с такой скоростью летят аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Но вопреки словам журналистов, они еще не покинули границы СС. В плане астрономии им понадобится не меньше 30 тыс. лет, дабы добраться к облаку Орта. Гелиопауза же не считается границей звездной системы. Это всего лишь место, в котором солнечный ветер сталкивается с межсистемной средой.

Человечество не прекращает путешествия вокруг Земли. Чтобы долететь до Луны, нужно было преодолеть притяжение Земли, для этого ракета должна развивать скорость 40 000 км в час или 11,2 км в секунду.

Чтобы попасть на околоземную орбиту скорость ракеты должна быть 29 тыс. км в час или 7,9 км в секунду. Если же нужно отправить космический корабль в межпланетное путешествие, то скорость должна быть 40 тыс. км в час (11,2 км в секунду),

Какой должна быть скорость корабля для полета на Луну?

Для полета корабля на Луну он должен стартовать до орбитальной скорости в 29. тыс. км в час, а потом нарастать примерно до 40 тыс. км в час.

Космический корабль при такой скорости может удалиться на расстоянии, на котором на него уже будет сильнее притяжение Луны, нежели Земли. Современная техника позволяет разрабатывать корабли, которые соответствуют вышеупомянутой скорости перемещения. Но если двигатели корабля не будут действовать, он разгонится притяжением Луны и просто упадет на нее с большой силой, разрушив корабль. По этой причине, если в самом начале пути реактивные двигатели ускоряли космический корабль в направлении к Луне, то когда лунное притяжение сравнивалось с земным, двигатели начинали действовать в противоположном направлении. Таким образом, обеспечивалась мягкая посадка на Луну, при которой все люди на корабле оставались невредимыми.

Читать еще:  Как настроить iphone 6s

На Луне нет воздуха, поэтому находится на ней можно исключительно в специальных скафандрах. Первым человеком, который спустился на поверхность Луны, стал американец Нил Армстронг, и это произошло в 1969 году. Тогда произошло первое знакомство человечества с составом лунного грунта. Его изучение позволило лучше понять историю образования Солнечной системы. Тогда геологи надеялись найти на Луне какие-то ценные вещества, которые можно было бы добывать.

Масса Земли существенно превышает массу Луны. Значит, взлететь с последней будет проще и дорога в дальний космос тоже осуществится легче. Не исключено, что в дальнейшем человечество будет использовать эту возможность. Скорость вылета на орбиту намного меньше и составляет 6120 км в час или 1,7 км в секунду.

Сколько лететь на Марс и другие планеты?

Расстояние до планеты Марс около 56 млн км. С учетом возможностей последних технологий лететь до Марса придется минимум 210 дней. Получается это 266 666 километров в день со скоростью 3 км в секунду или 11 111 км в час. Одна из главных проблем при полете на другие планеты – скорость ракеты в космосе километров в час будет недостаточно. На данный момент более реальным покажется полет на Марс за марсианскими образцами.

Если до ближней планеты Марс лететь около 210 дней, что сложно физически, но достижимо для человека, то полеты на другие планеты просто невозможны в результате физических возможностей людей.

Стоит отметить, что скорость ракеты зависит от двигателя. Чем быстрее будут вырываться газы из сопла двигателя, тем быстрее летит ракета. Газ, который образуется при сгорании современного химического топлива, развивает скорость 3-4 км в секунду (10 800 – 14 400 км в час). При этом максимальная быстрота перемещения, которую могут сообщить ракете с космическим кораблем, сокращается.

Специальные ионные двигатели для космических кораблей

Электроны и ионы в специальных ускорителях могут разгоняться до быстроты, приближенной к скорости света, а именно 300 тыс. км в секунду. Но такие ускорители – это пока ее массивные сооружения, которые не подходят для летательных аппаратов. Однако установки, у которых скорость истечения заряженных частиц примерно 100 км в секунду, могут быть установлены на ракетах. В результате, они могут сообщить соединенному с ними телу большую быстроту перемещения, чем способна достигнуть ракета с химическим топливом. К сожалению, у разработанных к настоящему времени ионных космических двигателях мала сила тяги, и вывести на орбиту многотонную ракету с кораблем они пока не могут.

Но их есть смысл устанавливать на корабле с тем, чтобы они работали, как только корабль летает по орбите. Располагаясь на корпусе корабля, они могут постоянно поддерживать его ориентацию и постепенно незначительным воздействием увеличить скорость корабля выше той, которую ему сообщили посредством химического горючего.

Разработка таких электрореактивных двигателей, действующих на орбите, ведется, применяя разные физические явления. Одна из главных задач, стоящих перед создателями ионных космических двигателей – адаптировать их для полетов на другие планеты.

Возможность достижения значительных скоростей полета ракеты в космосе с такими двигателями, чем с химическим топливом, делает более реальной разработку кораблей для полетов на ближайшие планеты.

От чего зависит скорость ракеты

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха?

Сначала отверстие шарика завязано.
Шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится.
Импульс шарика равен нулю.

Читать еще:  Что такое карта конфликта

При открывании отверстия из него с большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха.
Движущийся воздух обладает импульсом, направленным в сторону его движения.

Согласно закону сохранения импульса:
суммарный импульс системы (шарик и воздух в нём) должен остаться прежним, т.е. равным нулю.
Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе воздуха сторону с такой скоростью.
Импульс шарика равен по модулю импульсу воздушной струи.
Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны.
В результате:
суммарный импульс взаимодействующих тел остаётся равным нулю.
Движение шарика является примером реактивного движения.

2. Каков принцип реактивного движения?

Реактивное движение происходит за счёт того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

3. Приведите примеры реактивного движения тел.

На принципе реактивного движения основано вращение сегнерова колеса.
Вытекающая из сосуда через трубку вода вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях.
Значит, реактивное действие оказывает не только струя газа, но и струя жидкости.

Реактивное движение используют для перемещения и живые существа: осьминоги, кальмары, каракатицы.
Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду.

4. Каково назначение ракет? Каково ее устройство и принцип действия?

Ракеты-носители предназначены для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.

В любой ракете всегда есть оболочка и топливо с окислителем.
Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (1), приборный отсек (2) и двигатель (5,6).
Основную массу ракеты составляет топливо (4) с окислителем (3).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания.
Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления.
Этот газ мощной струёй устремляется наружу через сопло.

5. От чего зависит скорость ракеты?

Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.
От этой скорости зависит скорость ракеты.

Ракета представляет собой замкнутую систему.
До старта импульс ракеты был равен нулю.
По закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого газа тоже должен быть равен нулю.
То есть импульс оболочки и противоположный ему импульс струи газа должны быть равны по модулю.
Чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.

Помимо скорости истечения газа существуют и другие факторы, от которых зависит скорость движения ракеты.

6. В чём заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?

В практике космических полётов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые.

Схема трёхступенчатой ракеты:


После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени.

Такое уменьшение общей массы ракеты позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты.
Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.

7. Как осуществляется посадка космического корабля?

Если посадка не планируется, то третья ступень используется для увеличения скорости ракеты.
Если корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой.
Ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди.
Вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости её движения.
Это приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.

§ 22. Реактивное движение. Ракеты. —

Вопросы.

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струей выходящего из него сжатого воздуха.

2. Приведите примеры реактивного движения тел.

В природе в качестве примера можно привести реактивное движение у растений: созревшие плоды бешеного огурца; и животных: кальмары, осьминоги, медузы, каракатицы и др. (животные передвигаются, выбрасывая всасываемую ими воду). В технике простейшим примером реактивного движения является сегнеровое колесо, более сложными примерами являются: движение ракет (космических, пороховых, военных), водных средств передвижения с водометным двигателем (гидромотоциклов, катеров, теплоходов), воздушных средств передвижения с воздушно- реактивным двигателем (реактивных самолётов).

Читать еще:  Как работает petya вирус

3. Каково назначение ракет?

Ракеты используются в различных областях науки и техники: в военном деле, в научных исследованиях, в космонавтике, в спорте и развлечениях.

4. Пользуясь рисунком 45, перечислите основные части любой космической ракеты.

Космический корабль, приборный отсек, бак с окислителем, бак с горючим, насосы, камера сгорания, сопло.

5. Опишите принцип действия ракеты.

В соответствии с законом сохранения импульса ракета летит за счет того, что из неё выталкиваются с большой скоростью газы, обладающие определенным импульсом, и ракете сообщается импульс такой же величины, но направленный в противоположную сторону. Газы выбрасываются через сопло, в котором сгорает топливо достигая при этом высокой температуры и давления. В сопло поступают топливо и окислитель, нагнетаемые туда насосами.

6. От чего зависит скорость ракеты?

Скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов и массы ракеты. Скорость истечения газов зависит от типа топлива и типа окислителя. Масса ракеты зависит например от того какую скорость ей хотят сообщить или от того, как далеко она должна улететь.

7. В чем заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?

Многоступенчатые ракеты способны развивать большую скорость и лететь дальше одноступенчатых.


8. Как осуществляется посадка космического корабля?

Посадка космического корабля осуществляется таким образом, чтобы его скорость по мере приближения к поверхности снижалась. Это достигается использованием тормозной системы, в роли которой может выступать или парашютная система торможения или торможение может быть осуществлено с помощью ракетного двигателя, при этом сопло направляется вниз (к Земле, Луне и т.д.), за счет чего гасится скорость.

1. С лодки, движущейся со скоростью 2 м/с, человек бросает весло массой 5 кг с горизонтальной скоростью 8 м/с противоположно движению лодки. С какой скоростью стала двигаться лодка после броска, если её масса вместе с массой человека равна 200 кг?

2. Какую скорость получит модель ракеты, если масса её оболочки равна 300 г, масса пороха в ней 100 г, а газы вырываются из сопла со скоростью 100 м/с? (Считайте истечение газа из сопла мгновенным).

3. На каком оборудовании и как проводится опыт, изображенный на рисунке 47? Какое физическое явление в данном случае демонстрируется, в чем оно заключается и какой физический закон лежит в основе этого явления?
Примечание: резиновая трубка была расположена вертикально до тех пор, пока через неё не начали пропускать воду.

На штатив с помощью держателя прикрепили воронку с присоединенной к ней снизу резиновой трубкой с искревленной насадкой на конце, а снизу разместили лоток. Затем сверху, в воронку из емкости стали лить воду, при этом вода выливалась из трубки в лоток, а сама трубка из вертикального положения сместилась. Этот опыт служит иллюстрацией реактивного движения, основанного на законе сохранения импульса.

4. Проделайте опыт, изображенный на рисунке 47. Когда резиновая трубка максимально отклонится от вертикали, перестаньте лить воду в воронку. Пока оставшаяся в трубке вода вытекает, понаблюдайте, как будет меняться: а) дальность полёта воды в струе (относительно отверстия в стеклянной трубке); б) положение резиновой трубки. Объясните оба изменения.

а) дальность полета воды в струе будет уменьшаться; б) по мере вытекания воды трубка будет приближаться к горизонтальному положению. Эти явления связаны с тем, что давление воды в трубке будет уменьшаться, а следовательно и импульс с которым выбрасывается вода.

Источники:

http://avia.pro/blog/skorost-poleta-kosmicheskoy-rakety-foto-video
http://class-fizika.ru/u9-23.html
http://fizikadz.ru/9-klass/gdz-k-uchebniku-po-fizike-peryshkin-8-klass/22.-reaktivnoe-dvizhenie.-rakety.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector