Урок по физике "Реактивное движение"

• Цапков М.М., учитель физики

Цели:

• научить учащихся опознавать реактивное движение среди других видов движения;
• научить оценивать скорость движения ракеты;
• показать, какой вклад в развитие космонавтики внесли отечественные ученые и космонавты;
• содействовать патриотическому воспитанию, познакомив с разработками отечественных ученых и вкладом в освоение космоса русских космонавтов.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие.

Постановка цели урока:

- Сегодня на уроке продолжим работу по теме "Законы сохранения".

2. Актуализация знаний (фронтальный опрос).

-Что такое импульс?

-Куда направлен вектор импульса?

-В чем заключается закон сохранения импульса?

-При каких условиях выполняется этот закон?

-Какую систему называют замкнутой?

-Кем и когда был сформулирован закон сохранения импульса?

-Как проявляется закон сохранения импульса при столкновении тел?

-Если импульс замкнутой системы тел до взаимодействия был равен нулю, чему будет равен импульс системы после взаимодействия?

-Можно ли считать систему пушка-ядро замкнутой?

-Чему равен импульс системы пушка-ядро до выстрела?

-Изменился ли импульс системы после выстрела?

-Как направлены по отношению друг к другу скорости пушки и ядра?

-Как запишется закон сохранения импульса для данного случая?

Продемонстрируем на опыте явление отдачи.

Возьмем пробирку, нальем в неё небольшое количество воды и закроем пробкой. Подвесим пробирку на тонких проволочках над зажженной спиртовкой.

Явление отдачи необходимо следует из правила равенства и противодействия- из третьего закона Ньютона. Если пар действует на пробку. то и пробка действует на пар в противоположную сторону, а пар передает это противодействие пробирке.

Если вы отталкиваете от себя палку, то и палка отталкивает вас от себя. То , что ядро после вылета из пушки движется несоизмеримо быстрее её- следствие его малой по сравнению с пушкой массы; если бы их массы были равны, они и двигались бы после выстрела одинаково. По сути - это движение без опоры. Такой способ движения природа открыла раньше, чем на Земле появился человек.

Кальмары, осьминоги, медузы передвигаются именно таким образом. (демонстрация рисунков с изображениями кальмара, медузы).

Кальмар засасывает воду внутрь мантийной полости через мантийную щель. Движение кальмара создается за счет выбрасывания струи воды через узкое сопло. Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, чем достигается изменение направления движения. Движитель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже 150 км/ч.

Сегодня на уроке мы рассмотрим этот вид движения, познакомимся с особенностями и характеристиками реактивного движения, историей его развития.

3. Изложение нового материала.

Реактивное движение- движение, которое возникает как результат отделение от тела какой-либо его части.

Простейшим примером реактивного движения является движение воздушного шарика , при выходе воздуха из него. (Демонстрация опыта).

В опыте с Г-образной трубкой-трубка отклоняется в сторону, противоположную направлению струи. (Демонстрация опыта).

Ответьте на следующие вопросы:

-За счет чего возникает такое движение?

-Почему отклоняется трубка?

-Почему отклоняется трубка?

-Почему взлетает воздушный шарик?

-Почему движется ракета?

Согласно третьему закону Ньютона:

Сила, с которой ракета действует на раскаленные газы, направлена противоположно силе, с которой газы отталкивают от себя ракету, а модули этих сил равны.

Именно та сила , с которой газы отталкивают ракету, является реактивной силой.

Насколько известно, ракету - ярчайшего представителя семейства реактивных двигателей- изобрели в древнем Китае около двух тысяч лет назад. Это были "огненные стрелы"- небольшие бамбуковые трубки, набитые пороховой массой и закрепленные палке, служившей стабилизатором полёта. Их применяли для поджога крепостей и против конницы. Иногда ракеты прикреплялись к стрелам, подожжённая ракета увеличивала дальность полета и поражающее действие стрелы.

Было у ракет и мирное назначение: их запускали в дни торжеств.

С течением веков китайцы перестали пользоваться ракетами, но в Индии продолжали применять ракеты как боевое оружие. Тут с ними впервые и столкнулись европейцы.

Впечатление было сильным.

До некоторых пор считалось, что ракета движется, отталкиваясь струей раскаленных газов от воздуха. Только открытие Ньютоном основных законов классической механики доказало, что реактивному двигателю опора не нужна, а отсутствие воздуха облегчает полет ракеты отсутствием трения. Один из проектов реактивного двигателя принадлежит самому Ньютону.

В 1903 году в Петербурге была опубликована статья скромного калужского учителя К.Э. Циолковского "Исследования мировых пространств реактивными приборами". В статье доказывалось , что единственный летательный аппарат, способный проникнуть за атмосферу и покинуть Землю, - это ракета. Циолковский разработал теорию ракеты, дал ей математический расчет, указал наиболее выгодное топливо для неё.

Основоположником практической космонавтики является академик С.П.Королёв.

Любая ракета состоит из корпуса, двигателя и отсека с полезным грузом. Двигатель в основном состоит из камеры сгорания и сопла. Циолковский вывел математическую формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета.

-Как вы думаете, от чего зависит скорость, которую может развить ракета? (От скорости истечения газов и от начальной и конечной массы ракеты).

-Как рассчитать скорость, которую может развить ракета? Обратимся к закону сохранения импульса. Для данного случая :m2v2-m1v1=0. Таким образом получается, что скорость ракеты тем больше, чем больше скорость истечения газов, и чем больше масса газов по сравнению с массой ракеты.

Данная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Такого быть не может. Т.к. мгновенное сгорание топлива- это взрыв. На практике масса уменьшается постепенно, поэтому для точного расчета используют более сложные формулы.

Современные технологии производства ракетоносителей не могут позволить превысить скорости в 8-12 км/с. Для третьей космической скорости (16.4 км/с) необходимо, чтобы масса топлива превосходила массу оболочки носителя почти в 55 раз, что на практике реализовать невозможно. Следовательно, нужно искать другие способы построения ракетоносителей. Возможно, и другие виды силовых двигателей.

Закрепление, подведение итогов.

- Какое движение называют реактивным?

- Верно ли утверждение: для существования реактивного движения не требуется взаимодействия с окружающей средой?

- На каком законе основано реактивное движение?

- От чего зависит скорость ракеты?

- Какую скорость приобретает ракета массой 600г. если газы массой 15 г вылетают из неё со скоростью 800 м/с?

4. Домашнее задание.