Реактивное движение

Что такое реактивное движение

Реактивное движение — это движение тела, которое возникает при отделении от него с некоторой скоростью части его массы. Оно объясняется законом сохранения импульса: суммарный импульс замкнутой системы остаётся постоянным.

Главная особенность реактивного движения в том, что тело может разгоняться, не отталкиваясь от внешней опоры. Именно поэтому ракета способна двигаться в безвоздушном космическом пространстве, где отталкиваться не от чего.

Как это работает

Из сопла ракеты с большой скоростью вырываются раскалённые газы — продукты сгорания топлива. Газы получают импульс в одну сторону, а ракета — такой же по модулю импульс в противоположную. Так возникает движение вперёд.

Если до старта импульс системы был равен нулю, то после выброса газов сумма импульсов газов и ракеты тоже остаётся равной нулю: m(газ)·v(газ) = m(рак)·v(рак).

Примеры в природе и технике

• Кальмары и осьминоги — резко выталкивают воду и движутся назад.
• Воздушный шарик — выпущенный надутым, он летает за счёт выходящего воздуха.
• Ракеты и космические корабли — главное применение реактивного движения.

Многоступенчатые ракеты

Чтобы развить космическую скорость, используют составные (многоступенчатые) ракеты. Когда топливо ступени израсходовано, пустой бак отделяется, уменьшая массу. Это позволяет оставшейся части разгоняться эффективнее.

Разобранный пример

Ракета массой m1 = 200 кг выбрасывает газ массой m2 = 2 кг со скоростью v2 = 1000 м/с. Найдём скорость ракеты.

По закону сохранения импульса: m1·v1 = m2·v2.

v1 = (2 · 1000) / 200 = 10 м/с.

Устройство ракеты

Простейшая ракета состоит из корпуса с запасом топлива и окислителя, камеры сгорания и сопла. В камере топливо сгорает, образуя раскалённые газы под высоким давлением. Через сопло газы вырываются наружу с огромной скоростью. Поскольку ракета несёт с собой и топливо, и окислитель (например, жидкий кислород), для горения ей не нужен воздух — это и позволяет двигателю работать в космосе.

Почему важен запас топлива

По мере сгорания топлива масса ракеты уменьшается, и при том же расходе газа её скорость растёт быстрее. Чем больше доля топлива в начальной массе и чем выше скорость истечения газов, тем большую скорость может развить ракета. Однако бесконечно увеличивать запас топлива нельзя, ведь его тоже приходится разгонять. Эту трудность и решает многоступенчатая конструкция.

Роль Циолковского

Основы теории реактивного движения и космонавтики заложил русский учёный Константин Эдуардович Циолковский. Он показал, что именно ракета способна достичь космических скоростей, и предложил идею многоступенчатых ракет. Первый искусственный спутник Земли был запущен в нашей стране в 1957 году, а в 1961 году Юрий Гагарин совершил первый полёт человека в космос — всё это стало возможным благодаря реактивному движению.

Кратко о главном

• Реактивное движение возникает при отделении части массы тела.
• Оно объясняется законом сохранения импульса.
• Не требует опоры, поэтому работает в космосе.
• Применяется в ракетах, наблюдается у кальмаров.
• Теорию реактивного движения развил К. Э. Циолковский.