Класс!ная физика



Опыты по реактивному движению

06.2012

Где необходимо реактивное движение?
В паровом двигателе топливо сгорает в топке котла.
В двигателях внутреннего сгорания (ДВС), устанавливаемых на автомобилях, топливо сгорает прямо в рабочем цилиндре.
Расширяющиеся в цилиндре газы давят на поршень, а он, как и в поршневой паровой машине, заставляет вращаться вал с маховиком.
На смену поршневым ДВС сейчас идут более выгодные газовые турбины. В газовой турбине (как и в паровой) нет надобности превращать возвратно-поступательное движение во вращательное.

Почему плывет лодка? Почему летит птица? Почему летит самолет? Здесь во всех случаях происходит "отталкивание" от среды (воды, воздуха, земли).
А там, где нет воздуха, в безвоздушном космическом пространстве могут работать только реактивные двигатели.
Ракетный двигатель особый. В нем сгорает топливо и образуется много газов. Из сопла ракеты газы вырываются сильной струей. Струя бьет назад, а ракета летит вперед, в этом и состоит принцип реактивного движения!


РАКЕТА ИЗ ВОЗДУШНОГО ШАРИКА


Отрежьте 4,5 м лески и проденьте ее через соломинку для коктейлей. На расстоянии 4 м друг от друга поставьте стулья и привяжите бечевку к спинкам стульев. Натяните бечевку как можно туже. Надуйте детский шарик и завяжите отверстие. Подвиньте соломинку к одному из стульев и липкой лентой прикрепите к ней шарик. Подвиньте шарик отверстием к одному из стульев и развяжите отверстие.

Соломинка с прикрепленным к ней шариком скользит по бечевке и перестает двигаться при упоре в противоположный стул или при выходе всего воздуха из шарика.

Почему?
Мы наблюдали реактивное движение. Так называют движение тела, возникающее, когда от него с некоторой скоростью отделяется его часть. Когда мы отпустили шарик, его стенки с силой выталкивают воздух наружу, а сам шарик устремляется в противоположную сторону. Соломинка и бечевка не дают шарику крутиться произвольно, они направляют его движение.


МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ РАКЕТА



В этом опыте мы посмотрим, как работают ступени ракеты-носителя. Нам понадобится бумажный стаканчик, ножницы, воздушные шарики: длинный и круглый. Отрежьте у бумажного стаканчика дно. Частично надуйте длинный шарик и тот его конец, где находится отверстие, протащите через бумажный стаканчик. Загните конец этого шарика над краем стаканчика, чтобы не вышел воздух. Поместите в стакан круглый шарик и надуйте его. Отпустите отверстие круглого шарика. Когда из круглого шарика выходит воздух, оба шарика устремляются вперед. Стакан отсоединяется, а последний шарик, сдуваясь, как бы выстреливает вперед.

Чтобы сделать трехступенчатую ракету, вам понадобится еще один бумажный стаканчик и шарик.

Почему?
Для того чтобы поднять и разогнать тяжелый космический аппарат, нужно большое количество горючего. У каждой ракеты свой запас горючего и двигатель. Когда ступень израсходует горючее, она отсоединяется от ракеты, и основная ступень разгоняет уже меньшую массу, постепенно увеличивая скорость.

ИМПУЛЬСНЫЙ КОРАБЛЬ


Когда-то существовала занимательная игрушка — импульсная лодочка. Передвигалась она толчками. Толчки следовали один за другим, лодочка двигалась все быстрее и быстрее, пока сопротивление воды и сила, приводящая ее в движение, не уравновешивались. Тогда лодочка продолжала движение с постоянной скоростью.

Что же ее двигало? Лодочка была металлическая, длиной примерно 12—15 см. Внутри у кормы находился маленький плоский паровой котел, сделанный из латуни. От котла в корму шла трубка, тоже из латуни. Когда лодочка находилась на воде, конец выходящей из кормы трубки был под водой. В котел предварительно через эту трубку пипеткой заливалась вода, под котел подкладывалась ватка, смоченная денатурированным спиртом, и поджигалась. Лодочка опускалась на воду. Вода в котле быстро закипала, и она вместе с паром вылетала струйкой через трубку в воду. Происходил реактивный толчок, и лодочка двигалась вперед. Но после выхлопа в котле сразу образовывалась пустота, и вода, по которой плыла лодочка, моментально заполняла котел. Огонь продолжал гореть, котел был достаточно горяч, новая порция воды быстро закипала и вылетала из трубки наружу. Новый толчок вперед, новый набор воды в котел, и так продолжалось до тех пор, пока горел огонь.

Игрушка очень занятная, она напоминает многоступенчатую ракету, и если бы не сопротивление, оказываемое водой, ее можно было бы разогнать до большой скорости.
Мы с вами можем сделать упрощенную модель этой лодочки.
Возьмите толстый металлический баллончик от шариковой ручки. Выньте пластмассовую пробку из его конца и плоскогубцами вытащите маленький патрубок с шариком. Затем удалите ваткой, смоченной в спирте или одеколоне, остатки пасты. Когда баллончик будет чистым, отрежьте ножовкой или напильником от утолщенного конца кусочек длиной три сантиметра. У оставшейся части сожмите плоскогубцами толстый конец и, захватив полоску шириной 3 мм, загните ее раза два, а затем плотно сожмите плоскогубцами.
В результате у вас получится заглушённая с одной стороны, у толстого конца, трубка длиною 5 см. Ее узкий участок имеет длину 1,8 см.
Возьмите крышку от жестяной банки из-под кофе или монпансье. Немного разогните в одном месте ее край и пробейте отверстие такой величины, чтобы в него плотно вошел тонкий конец бывшего баллончика. Если он входит недостаточно туго, надо его закрепить в наклонном положении тонкой проволокой, чтобы он не мог выдвигаться из отверстия.
Когда крышечка плавает на воде, тонкий конец трубки должен быть погружен в воду. Теперь нам нужно залить в «котел» воду и подложить под него ватку, смоченную в керосине. Керосин, когда горит, очень коптит, поэтому его можно применять только на открытом воздухе.

Залить воду надо так: подберите пипетку, чтобы она входила в узенький конец трубки, наполняйте ее водой и с силой впрыскивайте воду в трубку. Есть и другой способ наполнения «котла»: нагрейте его хорошо на спичке и сразу опустите в воду; нагретый воздух внутри «котла» остынет, уменьшится в объеме, в него войдет вода.
Для нашей «навигации» используйте большой таз, корыто или ванну. Когда пламя смоченной в керосине ватки хорошо нагреет «котел», вода в нем закипит, и наш «корабль» двинется в путь. Его путь будет по кругу, потому что свешивающаяся с крышечки трубка играет ту же роль, какую играет весло, когда оно опущено в воду для поворота лодки. Кроме того, выхлопная трубка наверняка расположена не строго по центру крышечки. Все это, вместе взятое, и заставит наш «корабль» двигаться не по прямой линии. Частота выхлопов будет не очень большая, но вполне достаточная для движения нашего «корабля». Он будет двигаться, пока горит огонь.


РЕАКТИВНЫЙ КАТЕР


Катер1

Сделаем катер, в котором реактивная сила поступательное движение. На деревянном поплавке укрепите на стоечках запаянную маленькую металлическую баночку, наполненную водой. Сбоку у нее должно быть отверстие, заткнутое (не очень туго) деревянной пробкой. Под эту баночку подставьте маленькую жестянку со спиртом.

Положите поплавок с этим устройством на воду и подожгите спирт. Вода в баночке закипит, вышибет пробку, и прибор устремится в противоположную сторону. Некоторые думают, что реактивное движение происходит в результате отталкивания от воздуха. Но это не так. Как известно, ракета может лететь и в безвоздушном пространстве. Она летит в противоположную «выхлопу» сторону благодаря силе, которая стремится уравновесить давление вырывающихся из двигателя раскаленных газов.

Катер 2

Постарайся достать кусочек камфары. У нее есть такое свойство: если положить кусочек на воду, то частички камфары начнут отделяться с большой быстротой.

Понимаешь?
Ведь это годится для реактивного двигателя!
Нужно только так устроить, чтобы частички могли выходить лишь в одну сторону.

Для этого сделай маленький катер из алюминиевой фольги (в нее завертывают шоколад и дорогие сорта конфет). Кусочек камфары вставь в прорез на корме катера. Теперь катер может часами безостановочно бегать по поверхности воды в тазу!

Реактивный двигатель нашего катера так прост, что проще не придумаешь. Однако и он может отказывать в работе. Когда я был еще совсем небольшим мальчишкой, мне однажды подарили такой катер. Только не самодельный, из фольги, а покупной, целлулоидный. Катер был очень красив, но — увы! — он и не думал двигаться, хотя к нему был приложен порядочный кусочек камфары.

Только много позже я узнал, в чем дело. Оказывается, этот красивый опыт не выносит ни малейших следов жира. Их не должно быть ни на катере, ни на поверхности воды. Поэтому, принимаясь за изготовление катера, хорошенько вымой руки. Готовый катер протри ваткой, смоченной в эфире. А таз перед опытом тщательно вымой горячей водой с содой или стиральным порошком!

Источники: " Техника своими руками", "Опыты без приборов" Ф.Рабиза; журн. "Мастерок"; журн. "Левша"; "Здравствуй, физика" Л.Гальперштейн; "Занимательные опыты по физике" Л.А. Горев





Устали? - Отдыхаем!

Вверх