Questions.

1. À partir de la loi de conservation de la quantité de mouvement, expliquez pourquoi un ballon se déplace dans la direction opposée au flux d'air comprimé qui en sort.

2. Donnez des exemples propulsion à réaction tél.

Dans la nature, un exemple est le mouvement réactif des plantes : les fruits mûrs d'un concombre fou ; et les animaux : calamars, poulpes, méduses, seiches, etc. (les animaux se déplacent en rejetant l'eau qu'ils absorbent). En technologie, l'exemple le plus simple de propulsion à réaction est roue Segner, plus exemples complexes sont : le mouvement des fusées (spatiales, à poudre, militaires), des véhicules nautiques à moteur à réaction (hydrocycles, bateaux, bateaux à moteur), des véhicules aériens à moteur à réaction (avions à réaction).

3. Quel est le but des fusées ?

Les fusées sont utilisées dans divers domaines scientifiques et technologiques : dans les affaires militaires, dans recherche scientifique, en astronautique, dans le sport et le divertissement.

4. À l'aide de la figure 45, énumérez les principales pièces d'une fusée spatiale.

Vaisseau spatial, compartiment à instruments, réservoir de comburant, réservoir de carburant, pompes, chambre de combustion, buse.

5. Décrire le principe de fonctionnement d'une fusée.

Conformément à la loi de conservation de l'impulsion, une fusée vole parce que des forces en sont expulsées grande vitesse les gaz ayant une certaine impulsion, et la fusée reçoit une impulsion de même ampleur, mais dirigée vers le côté opposé. Les gaz sont émis par une buse dans laquelle le carburant brûle, atteignant haute température et la pression. La buse reçoit du carburant et du comburant, qui y sont refoulés par des pompes.

6. De quoi dépend la vitesse d’une fusée ?

La vitesse de la fusée dépend principalement de la vitesse du flux de gaz et de la masse de la fusée. Le débit de gaz dépend du type de combustible et du type de comburant. La masse de la fusée dépend, par exemple, de la vitesse qu’on veut lui donner ou de la distance qu’elle doit parcourir.

7. Quel est l'avantage des fusées à plusieurs étages par rapport aux fusées à un seul étage ?

Les fusées à plusieurs étages sont capables d’atteindre des vitesses plus élevées et de voler plus loin que les fusées à un seul étage.

8. Comment atterrir vaisseau spatial?

L'atterrissage du vaisseau spatial s'effectue de telle manière que sa vitesse diminue à mesure qu'il s'approche de la surface. Ceci est réalisé en utilisant système de freinage, qui peut être joué par ou système de parachute le freinage ou la décélération peuvent être effectués à l'aide d'un moteur-fusée, avec la tuyère dirigée vers le bas (vers la Terre, la Lune, etc.), ce qui réduit la vitesse.

Exercices.

1. Depuis un bateau se déplaçant à une vitesse de 2 m/s, une personne lance une rame d'une masse de 5 kg à une vitesse horizontale de 8 m/s à l'opposé du mouvement du bateau. À quelle vitesse le bateau a-t-il commencé à se déplacer après le lancer, si sa masse avec celle de la personne est de 200 kg ?

2. Quelle vitesse le modèle de fusée atteindra-t-il si la masse de sa coque est de 300 g, la masse de poudre à canon qu'il contient est de 100 g et les gaz s'échappent de la tuyère à une vitesse de 100 m/s ? (Considérez que la sortie de gaz de la buse est instantanée).

3. Sur quel matériel et comment est réalisée l'expérience présentée à la figure 47 ? Lequel phénomène physique dans ce cas, on démontre de quoi il s'agit et quelle loi physique est à la base de ce phénomène ?
Note: le tube en caoutchouc était positionné verticalement jusqu'à ce que l'eau commence à s'écouler à travers lui.

Un entonnoir auquel était fixé un tube en caoutchouc par le bas avec une buse incurvée à l'extrémité était fixé au trépied à l'aide d'un support et un plateau était placé en dessous. Ensuite, d'en haut, de l'eau était versée dans l'entonnoir depuis le récipient, tandis que l'eau s'écoulait du tube dans le plateau et que le tube lui-même se déplaçait d'une position verticale. Cette expérience illustre un mouvement réactif basé sur la loi de conservation de la quantité de mouvement.

4. Réalisez l'expérience illustrée à la figure 47. Lorsque le tube en caoutchouc s'écarte autant que possible de la verticale, arrêtez de verser de l'eau dans l'entonnoir. Pendant que l'eau restante dans le tube s'écoule, observez comment elle change : a) la distance de fuite de l'eau dans le ruisseau (par rapport au trou dans le tube de verre) ; b) position du tube en caoutchouc. Expliquez les deux changements.

a) la portée de vol de l'eau dans le cours d'eau diminuera ; b) à mesure que l'eau s'écoule, le tube se rapproche d'une position horizontale. Ces phénomènes sont dus au fait que la pression de l'eau dans le tube va diminuer, et donc l'impulsion avec laquelle l'eau est éjectée.

Le 4 octobre 1957, le lanceur R-7 Spoutnik a lancé le premier satellite artificiel créé en URSS sur une orbite terrestre basse. Repoussant les limites de l’espace disponible, les hommes sont allés au-delà de la Terre. Ce jour marque le début de l'ère spatiale pour l'humanité, vers laquelle les gens progressent constamment d'une réalisation technique à l'autre.

De nos jours, lorsque la plupart des gens entendent le mot « fusée », ils l'associent à l'espace, bien qu'il désigne tout avion qui se déplace dans l'espace en raison d'une action. poussée du jet force résultant de l'interaction d'un corps et de la substance qui en émane avec l'énergie cinétique. Un analogue naturel de la propulsion à réaction est la méthode de déplacement des calmars et des poulpes, qui expulsent l'eau collectée. Le petit pétard, le missile balistique et la fusée spatiale sont étroitement liés dans leur principe de fonctionnement et ont un ancêtre commun.

Le premier cas documenté d'utilisation de la propulsion à réaction était le « vol » d'une colombe en bois, réalisé en 400 avant JC, décrit par l'écrivain romain Aulus Gellius. e. Le scientifique grec Archytas de Tarente. Le pigeon s'est déplacé le long du fil à cause de l'éruption de vapeur. Les historiens datent l'apparition de véritables fusées, utilisées pour les feux d'artifice puis à des fins militaires, aux VIIIe-IXe siècles, lorsque la poudre noire fut inventée en Chine. Les gaz générés lors de la combustion de la poudre à canon ont suffisamment d'énergie pour transmettre un mouvement à la capsule qui la contient. À des fins militaires, les Chinois utilisaient des « flèches de feu » en attachant des flèches ordinaires à des tubes en papier ouverts à une extrémité et remplis de mélange inflammable. La charge a été incendiée et la flèche a été larguée à l'aide d'un arc.

Les Arabes ont appris le secret de la poudre à canon et des roquettes grâce aux Chinois et aux Européens grâce à eux. En Europe, les missiles n’ont pas été largement utilisés comme armes et sont restés pendant longtemps principalement comme moyen de divertissement. Cependant, selon certaines données, aux XVIe et XVIIe siècles. Les cosaques de Zaporozhye ont utilisé des missiles et l'ingénieur militaire biélorusse Kazimir Semenovich a même décrit un missile à plusieurs étages.

Pendant guerres coloniales fin du 18ème siècle Les Britanniques ont dû faire face à des armes similaires à celles des troupes indiennes et, en 1805, l'inventeur anglais William Congreve a fait la démonstration d'une fusée à poudre avec un corps en tôle. Ayant fait leurs preuves lors des batailles avec l'armée française et lors de la guerre anglo-américaine de 1812-1815, les missiles étaient en service chez les Britanniques jusqu'à milieu du 19ème V. Des roquettes ont également été utilisées armée russe, leur amélioration a été réalisée par les ingénieurs militaires, le général d'artillerie Konstantin Konstantinov et le lieutenant-général Alexander Zasyadko, qui ont notamment calculé la quantité de poudre à canon nécessaire pour lancer une fusée vers la Lune.

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, avec l'avènement des fusils rayés, artillerie de fusée a été retiré du service. Cependant, les scientifiques n'ont pas abandonné leurs tentatives pour expliquer mathématiquement la propulsion à réaction et créer des armes de fusée plus efficaces, et ont également exploré la possibilité de moteurs à réaction pour les vols spatiaux. À partir de ce moment-là, les incarnations militaires et spatiales de la fusée ont agi « dans un seul faisceau ». .»

O Lancement de fusées pyrotechniques. Gravure du début du XVIIe siècle.

Une fusée (de l'italien rocchetto « bobine », « petit fuseau ») est un avion qui se déplace dans l'espace sous l'action de la poussée d'un réacteur qui se produit lorsque la fusée libère une partie de sa propre masse.

Une énorme contribution à la théorie de la propulsion à réaction a été apportée par Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, qui y a travaillé depuis 1896 et a conçu sept ans plus tard une fusée pour les communications interplanétaires. Le fondateur de l’astronautique moderne a fait valoir que le carburant le plus efficace serait une combinaison d’oxygène liquide et d’hydrogène ou d’oxygène avec des hydrocarbures. Beaucoup de ses idées ont ensuite trouvé des applications dans la science des fusées, par exemple les gouvernails à gaz pour contrôler le vol d'une fusée et modifier la trajectoire de son centre de masse ; l'utilisation de composants propulsifs pour refroidir la coque extérieure du vaisseau spatial ; trajectoires optimales pour la descente d'un vaisseau spatial au retour de l'espace, etc. Tsiolkovsky a également dérivé l'équation de base de la propulsion à réaction et est arrivé à la conclusion sur la nécessité d'utiliser " trains-fusées» prototypes de fusées à plusieurs étages.

En Allemagne, les principes du voyage interplanétaire ont été développés par le scientifique et ingénieur Hermann Julius Oberth. En 1917, il créa un projet de fusée propulsée par de l'alcool et de l'oxygène liquide, et en 1923 il publia le livre « Rocket for Interplanetary Space », le premier ouvrage de la littérature scientifique mondiale qui étayait avec précision et complètement la possibilité de créer un liquide. fusée à carburant. Aux États-Unis, dans les années 1920, Robert Goddard travaille sur le problème des moteurs à réaction liquides.

Dans les années 1930 et 1940, l’attention des concepteurs s’est à nouveau tournée vers l’utilisation militaire des missiles. Dans notre pays, des recherches ont été menées par le Groupe de Moscou pour l'étude de la propulsion par réaction et le Laboratoire de dynamique des gaz de Leningrad, sur la base desquels le Jet Institute (RNII) a été créé en 1933. C'est là que s'est achevé le développement d'un nouveau type d'arme de missile, commencé en 1929, dont l'installation de lancement est connue dans le monde entier sous le nom de « Katyusha ». En Allemagne, des projets similaires ont été réalisés par la Société allemande pour les communications interplanétaires (VfR), qui, malgré son nom, travaillait principalement pour l'industrie militaire.

K.E. Tsiolkovski.

R. Goddard avant le lancement de sa fusée. 1925

En 1932, le concepteur Wernher von Braun s'est penché sur le problème des moteurs à réaction liquides pour armes à missiles. En 1942, le centre de fusées de Peenemünde développa missile balistique A-4 avec une autonomie de vol de 320 km, et en 1944 il a été mis en service service militaire appelé V-2. L’application militaire du V-2 a démontré les énormes capacités de la technologie des fusées, et les puissances d’après-guerre les plus puissantes, les États-Unis et l’URSS, ont également commencé à développer des missiles balistiques. En 1957 en URSS sous la direction de Sergei Pavlovich Korolev comme véhicule de livraison charge nucléaire Le premier missile balistique intercontinental au monde, le R-7, a été créé, qui a été utilisé la même année pour lancer le premier satellite artificiel terrestre au monde. C’est ainsi qu’a commencé l’utilisation de fusées pour les vols spatiaux.

Le lanceur est véhicule, capable de lancer un vaisseau spatial en orbite et dans l'espace interplanétaire, mais ce n'est pas en soi un vaisseau spatial. Cependant, les vaisseaux spatiaux automatiques et habités de la vie quotidienne et de la science-fiction portent le même nom : fusée.

Afin de lancer un vaisseau spatial sur l'orbite terrestre, une accélération jusqu'à une vitesse de 7,91 km (première vitesse de fuite) est nécessaire. Cependant, le poids total de la fusée équipée est si important qu'il est impossible d'atteindre la vitesse requise dans un délai acceptable. Pour résoudre ce problème, on utilise des fusées à plusieurs étages, dont le poids diminue progressivement à mesure que les étages contenant le combustible usé sont séparés. Sur la base de la fusée de combat, le bureau de conception de Korolev a développé une famille de lanceurs spatiaux à trois et quatre étages capables de réaliser des vols habités et de lancer des stations spatiales automatiques.

R. Nebel et W. von Braun avec des fusées Mirak au cosmodrome.

S.P. Korolev parmi les employés du Jet Propulsion Research Group (GIRD). 1932

Le premier satellite spatial.

Toujours en 1957, le deuxième satellite fut lancé avec à son bord le chien Laika. En 1959, les lanceurs Vostok ont ​​lancé trois stations automatiques Luna sur la trajectoire de vol. DANS l'année prochaine Deux navires satellites ont été lancés en orbite, l'un d'eux avec des chiens à son bord. Le 12 avril 1961, pour la première fois, un vaisseau spatial avec une personne à bord a dépassé la Terre. Le lanceur Vostok a lancé le vaisseau spatial soviétique Vostok, piloté par le cosmonaute Youri Gagarine, sur une orbite terrestre basse. Par la suite, les vols humains en orbite terrestre basse sont devenus réguliers. Les lanceurs Molniya ont lancé des stations interplanétaires automatiques vers Vénus et Mars. En 1965, le lanceur Proton a été lancé depuis le cosmodrome de Baïkonour, qui est encore utilisé aujourd'hui dans diverses modifications. En 1988, la fusée Energia-Buran a lancé en orbite le vaisseau spatial réutilisable Bourane.

Le principal rival de l'URSS en matière de développement espace extra-atmosphérique Les États-Unis marchaient littéralement sur les talons de notre pays. Au début de 1958, le lanceur Jupiter-S a lancé le satellite Explorer-1 sur une orbite terrestre basse. La même année, la NASA crée la National Aeronautics and Space Administration. En 1969, les astronautes américains atterrissent sur la surface de la Lune grâce à la fusée Saturn 5. Dix ans plus tard, le système de fusée de transport réutilisable Space Shuttle était mis en service. Il comprend deux fusées à poudre qui sont larguées par parachute après utilisation.

Le chien astronaute Laika avant son deuxième vol satellite artificiel Terre.

Travailler dans l'espace : Mir et l'ISS

En 1986, un Russe station spatiale"Mir" est une sorte de symbole de la puissance spatiale soviétique. La station était un complexe de recherche complexe ; en 1986, le module de base a été lancé, au cours des 10 années suivantes, six autres modules y ont été amarrés : astrophysique, technologique, géophysique... Au cours des 15 années d'existence de Mir, 104 cosmonautes de 12 pays ont réussi à y travailler, plus plus de 20 milliers d'expériences différentes. En 2001, en raison de nombreux problèmes liés à l'âge des équipements, le Mir est coulé dans l'océan Pacifique.

Un autre projet orbital bien connu, la Station spatiale internationale, l'ISS, est le fruit de l'imagination de 15 pays, mais la contribution la plus significative au fonctionnement de l'ISS est apportée par la Russie et les États-Unis. L'ISS a été mise en orbite en 1998 et le premier équipage a été embarqué à bord en 2000. Le contrôle de vol de l'ISS s'effectue simultanément depuis deux centres : le segment russe depuis TsUP-M (Korolev), le segment américain depuis TsUP-X (Houston). Au cours de l'existence de l'ISS, à trois reprises, tout le contrôle de la station a été transféré au MCC-M en raison de circonstances d'urgence aux États-Unis. La partie russe n'a pas encore eu de raison de transférer le contrôle à TsUP-X.

Aujourd'hui, les lanceurs les plus puissants capables de transporter jusqu'à 20 tonnes de charge utile en orbite terrestre basse (200 km) sont Proton-M et la navette spatiale. Cependant, le système de la navette spatiale ne peut fonctionner sans l’aide de la navette orbitale. Production terminée missiles puissants les "N-1" et "Energia" nationaux, le "Saturn-5" américain est actuellement abandonné. Une méthode alternative pour mettre en orbite des engins spatiaux, ce qu'on appelle l'ascenseur spatial, est au stade de la conception, mais son apparition réelle est encore très lointaine, ce qui signifie que les fusées ne resteront pas sans travail dans un avenir proche.

Une brève histoire des fusées

Le principe général du vol à réaction, qui constitue la base de toutes les fusées, est simple : une partie est séparée du corps, mettant tout le reste en mouvement.

On ne sait pas qui fut le premier à mettre en œuvre ce principe, mais diverses suppositions et conjectures ramènent la généalogie de la science des fusées à Archimède. Ce qui est sûr des premières inventions de ce type, c'est qu'elles ont été activement utilisées par les Chinois, qui les ont chargées de poudre à canon et les ont lancées dans le ciel à cause de l'explosion. C'est ainsi qu'ils créèrent le premier combustible solide des fusées. Les gouvernements européens ont montré très tôt un grand intérêt pour les missiles

Deuxième boom de fusée

Les fusées attendaient dans les coulisses et attendaient : dans les années 1920, le deuxième boom des fusées a commencé, et il est principalement associé à deux noms.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, un scientifique autodidacte de la province de Riazan, malgré les difficultés et les obstacles, a lui-même réalisé de nombreuses découvertes, sans lesquelles il aurait été impossible de parler d'espace. Idée d'utilisation carburant liquide, la formule de Tsiolkovsky, qui calcule la vitesse requise pour le vol en fonction du rapport entre les masses finale et initiale, une fusée à plusieurs étages - tout cela est son mérite. En grande partie sous l'influence de ses travaux, la science des fusées nationales a été créée et formalisée. En Union soviétique, des sociétés et des cercles d'étude de la propulsion à réaction ont commencé à surgir spontanément, notamment GIRD - un groupe pour l'étude de la propulsion à réaction, et en 1933, sous le patronage des autorités, le Jet Institute est apparu.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky.
Source : Wikimedia.org

Le deuxième héros de la course aux fusées est le physicien allemand Wernher von Braun. Brown avait une excellente éducation et un esprit vif, et après avoir rencontré une autre sommité mondiale de la science des fusées, Heinrich Oberth, il a décidé de consacrer tous ses efforts à la création et à l'amélioration des fusées. Pendant la Seconde Guerre mondiale, von Braun est devenu le père de « l'arme de représailles » du Reich : la fusée V-2, que les Allemands ont commencé à utiliser sur le champ de bataille en 1944. « L'Horreur ailée », comme on l'appelait dans la presse, a détruit de nombreuses personnes. Villes anglaises, mais heureusement, à cette époque, l’effondrement du nazisme n’était déjà qu’une question de temps. Wernher von Braun et son frère ont décidé de se rendre aux Américains et, comme l'histoire l'a montré, ce fut une chance non seulement et pas tant pour les scientifiques, mais pour les Américains eux-mêmes. Depuis 1955, Brown travaille pour le gouvernement américain et ses inventions constituent la base du programme spatial américain.

Mais revenons aux années 1930. Le gouvernement soviétique a apprécié le zèle des passionnés sur la voie de l'espace et a décidé de l'utiliser dans son propre intérêt. Pendant les années de guerre, le système « Katyusha » s'est révélé excellent tir de volée, qui a tiré des roquettes. C'était à bien des égards une arme innovante : le Katyusha, basé sur un camion léger Studebaker, est arrivé, s'est retourné, a tiré sur le secteur et est parti, ne permettant pas aux Allemands de reprendre leurs esprits.

La fin de la guerre a donné à notre leadership nouvelle tâche: Les Américains ont montré au monde toute leur puissance bombe nucléaire, et il est devenu évident que seuls ceux qui ont quelque chose de similaire peuvent revendiquer le statut de superpuissance. Mais il y avait un problème. Le fait est qu’en plus de la bombe elle-même, nous avions besoin de véhicules de livraison capables de contourner la défense aérienne américaine. Les avions n’étaient pas adaptés à cela. Et l’URSS a décidé de s’appuyer sur des missiles.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky est décédé en 1935, mais il a été remplacé par toute une génération de jeunes scientifiques qui ont envoyé l'homme dans l'espace. Parmi ces scientifiques se trouvait Sergueï Pavlovitch Korolev, destiné à devenir « l’atout » des Soviétiques dans la course à l’espace.

L'URSS a commencé à créer son propre missile intercontinental en toute diligence : des instituts ont été organisés, les meilleurs scientifiques ont été rassemblés, un institut de recherche pour armes à missiles, et les travaux battent leur plein.

Seul un effort colossal d'efforts, de ressources et d'esprit a rendu cela possible Union soviétique construire sa propre fusée, baptisée R-7, dans les plus brefs délais. Ce sont ses modifications qui ont lancé Spoutnik et Youri Gagarine dans l'espace, ce sont Sergueï Korolev et ses associés qui ont lancé ère spatiale humanité. Mais en quoi consiste une fusée spatiale ?

Plan de cours :

Objectifs de la leçon :

1. Cognitif:donner le concept de propulsion à réaction ; considérer la structure d'une fusée, montrer l'application de la loi de conservation de l'impulsion pour la propulsion à réaction (en utilisant l'exemple du mouvement d'une fusée).
2. Du développement:favoriser le développement de l’activité cognitive et élargir ses horizons ; donner une idée du mouvement réactif dans la nature et la technologie.
3. Pédagogique: pour montrer l'énorme contribution des scientifiques et des ingénieurs à la création d'une fusée à plusieurs étages pour l'exploration spatiale ; montrer le rôle des entreprises de Khimki dans la science des fusées.

Équipement:

1. Affiches : fusée à plusieurs étages ; propulsion à réaction ; des fusées réelles.
2. Aujourd'hui, dans la leçon, des informations complètes sont présentées sur les entreprises de la ville de Khimki dans le domaine de la science des fusées et des « Informations pour ceux qui souhaitent étudier dans la ville de Khimki ».
3. Mouvement de démonstration montgolfière monté sur un chariot; lancement de fusée, phénomène de « recul » lorsque l’eau s’écoule d’un tuyau.
4. Images fixes du film

DÉROULEMENT DE LA LEÇON

I. Mise à jour

Nous continuons à étudier l'une des lois les plus importantes de la nature - la loi de conservation de la quantité de mouvement, rappelons quelques définitions :

1. Qu’est-ce que l’impulsion corporelle ?
2. Qu'est-ce qu'un système fermé de corps ?
3. Que dit la loi de conservation de la quantité de mouvement ?

Testons-le maintenant pour tout le monde.

Travail indépendant pendant 10 minutes.

Option I

1. Un chariot d'une masse de 0,2 kg se déplace uniformément le long d'une surface de table horizontale à une vitesse de 2 m/s. Quelle est son impulsion ?

A. 0,4 kg x m/s
B. 0,2 kg x m/s
B. 4 kg x m/s

2. La figure montre un graphique de la vitesse d’un corps en fonction du temps. Déterminer l'élan du corps après 4 s : après le début du mouvement, si la masse de ce corps est de 2 kg

A. 8 kg x m/s
B. 40 kg x m/s
H. 80 kg x m/s

3. La figure montre deux balles se déplaçant à la même vitesse . Comparez l'élan de la première balle P1 avec l'élan de la deuxième balle P2.

R. P1 = P2
B. P1 > P2
B.P1< P2

4. Quelle est la variation de la quantité de mouvement d'un corps s'il est soumis à une force de 15 N pendant 5 s ?

A. 3 kg x m/s
B. 75 kg x m/s
B. 1/3 kg x m/s

5. Un chariot d'une masse de kg se déplace à une vitesse de 3 m/s, entre en collision avec un chariot immobile d'une masse de 4 kg et s'engage avec lui. Déterminez les vitesses des chariots après l’interaction.

6. Une balle suspendue à un fil se déplace comme indiqué sur la figure. En même temps, la gravité et la force élastique du fil agissent sur lui. Où est dirigé l’élan du ballon ?

Option 2

1. Une balle d'une masse de 0,5 kg vole à une vitesse de 5 m/s. Quelle est la vitesse du ballon ?

A. 0,5 kg x m/s
B.2,5 kg x m/s
B. 2 kg x m/s

2. La figure montre un graphique de la dépendance de la vitesse du corps au temps. Déterminer l'élan du corps 4 s après le début du mouvement, si la masse de ce corps est de 2 kg

3. La figure montre deux boules en mouvement ayant la même masse. Comparez l'élan de la première balle P1 avec l'élan de la deuxième balle P2

R. P1 = P2
B. P1 > P2
Vice-président< P

4. Quelle est la variation de la quantité de mouvement si une force de 20 N agissait sur elle pendant 4 s ?

A. 8 kg x m/s
B. 40 kg x m/s
H. 80 kg x m/s

5. Un garçon pesant 40 kg saute sur un chariot stationnaire pesant 10 kg. La vitesse du garçon est de 2 m/s et est dirigée horizontalement. Déterminez la vitesse de déplacement du chariot avec le garçon.

A. 80 kg x m/s
B. 5 kg x m/s
B. 1/5 kg x m/s

6. Une balle roule sur une surface horizontale lisse. Il est soumis à l'action de la gravité et de l'élasticité. Où est dirigé l’élan du ballon ?

II. Aujourd'hui, nous allons nous familiariser avec un phénomène basé sur la loi de conservation de la quantité de mouvement

Ouvrez vos cahiers, notez la date et le sujet de la leçon : « Propulsion à réaction. Fusées ».

Tout d'abord, regardons quelques exemples qui confirment la validité de la loi de conservation de la quantité de mouvement. (Expérience avec des balles sur le tableau, rappelez-vous les balles du Musée Polytechnique. Avant le cours, les étudiants ont assisté à une conférence au Musée Polytechnique sur le thème : « Les lois de la mécanique et la loi de conservation de la quantité de mouvement »).

Deux boules sont suspendues à des fils (voir Fig. 1 a et b).
Le ballon droit est dévié et relâché. Revenant à sa position précédente et frappant une balle à l'arrêt, il s'arrête. Dans ce cas, la balle gauche commence à bouger et dévie presque selon le même angle que la balle droite a été déviée.

Beaucoup d'entre vous ont sûrement observé comment un ballon gonflé d'air commence à bouger si vous dénouez le fil qui resserre son trou. (démonstration).

Ce phénomène peut être expliqué par la loi de conservation de la quantité de mouvement. Pendant que le trou dans la balle est fermé, la balle contenant de l’air comprimé est au repos et son élan est nul.

Lorsque le trou est ouvert, un courant d'air comprimé s'en échappe à une vitesse assez élevée. L'air en mouvement a une certaine quantité de mouvement dirigée dans la direction du mouvement de l'air.

Selon la loi de conservation de la quantité de mouvement en vigueur dans la nature, la quantité de mouvement totale d'un système composé de deux corps - une balle et l'air qu'elle contient - doit rester la même qu'avant la sortie de l'air, c'est-à-dire égale à zéro. Par conséquent, la balle commence à se déplacer dans la direction opposée au jet à une vitesse telle que son élan est égal en ampleur à l'élan du jet d'air. Les vecteurs d'impulsion du ballon et de l'air sont dirigés dans des directions opposées. En conséquence, la quantité de mouvement totale des corps en interaction reste égale à zéro. Le mouvement du ballon est un exemple propulsion à réaction.

Passons à l'expérience avec un tube en forme de L, où nous pouvons observer comment le tube dévie dans la direction opposée à la direction du jet.

Toutes ces expériences sont des exemples de propulsion à réaction.

Écrivons la définition : Le mouvement qui se produit à la suite de la séparation d'une partie du corps, ou à la suite de l'attachement d'une autre partie au corps, est appelé mouvement réactif.

Vous savez que le principe de la propulsion à réaction est largement application pratique dans l'aviation et l'astronautique. Il n’existe aucun milieu dans l’espace avec lequel un corps pourrait interagir et ainsi modifier la direction et l’ampleur de sa vitesse. Par conséquent, seuls les avions à réaction peuvent être utilisés pour les vols spatiaux. aéronef, c'est-à-dire des fusées.

Considérons la question de l'appareil et du lancement de ce qu'on appelle les lanceurs, ceux. des fusées conçues pour lancer des satellites artificiels de la Terre, des engins spatiaux, des stations interplanétaires automatiques et d'autres charges utiles dans l'espace.

Toute fusée, quelle que soit sa conception, possède toujours une coque et un carburant avec un comburant.

La figure 2 montre une coupe transversale de la fusée. On voit que la coque de la fusée comprend une charge utile (en l'occurrence un vaisseau spatial), un compartiment à instruments et un moteur (chambre de combustion, pompes, etc.).

La masse principale de la fusée est constituée de carburant avec un comburant (le comburant est nécessaire pour maintenir la combustion du carburant, car il n'y a pas d'oxygène dans l'espace).

Le carburant et le comburant sont fournis à la chambre de combustion à l'aide de pompes. Le carburant, lorsqu'il est brûlé, se transforme en gaz à haute température et haute pression, qui s'échappe en un jet puissant à travers une douille de forme spéciale appelée ajutage Le but de la buse est d'augmenter la vitesse du jet de gaz.

Quel est le but d’augmenter la vitesse de sortie du flux gazeux ? Le fait est que la vitesse de la fusée dépend de cette vitesse. Cela peut être démontré en utilisant la loi de conservation de la quantité de mouvement.

Puisqu'avant le lancement, la quantité de mouvement de la fusée était égale à zéro, alors, selon la loi de conservation, l'impulsion totale de l'obus en mouvement et du gaz éjecté par celui-ci devrait également être égale à zéro. Il s'ensuit que l'impulsion de l'obus et l'impulsion du jet de gaz dirigé à l'opposé doivent être égales en ampleur. Cela signifie que plus le gaz s’échappe rapidement de la tuyère, plus la vitesse de l’obus de la fusée sera grande.

À quelle vitesse se déplace l’obus de la fusée ? Écrivons la loi de conservation de la quantité de mouvement pour un système fermé de deux corps : le gaz et l'enveloppe.

En plus de la vitesse de sortie des gaz, il existe d'autres facteurs dont dépend la vitesse de la fusée.
Il est clair que la formule dérivée n'est valable que pour le cas de combustion instantanée du carburant. La combustion instantanée est une explosion, cela ne peut pas arriver. En pratique, la masse de carburant diminue progressivement, c'est pourquoi des calculs plus complexes sont utilisés pour des calculs précis.

Nous avons examiné la conception et le principe de fonctionnement d'une fusée à un seul étage, où un étage désigne la partie contenant les réservoirs de carburant, de comburant et le moteur.

Les technologies modernes de production de lanceurs ne peuvent pas permettre des vitesses dépassant 8 à 12 km/s. Pour la troisième vitesse d'échappement (16,4 km/s), il faut que la masse du carburant dépasse de près de 55 fois la masse de l'obus porteur, ce qui est impossible en pratique. À cette fin, on utilise des fusées à plusieurs étages, qui développent des vitesses beaucoup plus élevées et sont conçues pour des vols plus longs que celles à un seul étage.

La figure 3 montre un schéma d'une fusée à trois étages. Une fois que le carburant et le comburant du premier étage sont complètement consommés, cet étage est automatiquement abandonné et le moteur du deuxième étage prend le relais.

Diminuer masse totale fusées en supprimant un étage déjà inutile permet
économisez du carburant et du comburant et augmentez la vitesse de la fusée. Ensuite, la deuxième étape est supprimée de la même manière.
S'il n'est pas prévu que le vaisseau spatial revienne sur Terre ou atterrisse sur une autre planète, le troisième étage, comme les deux premiers, est utilisé pour augmenter la vitesse de la fusée. Si le navire doit atterrir, il est utilisé pour ralentir le navire avant l'atterrissage. Dans ce cas, la fusée est tournée de 180° pour que la tuyère soit devant. Ensuite, le gaz qui s'échappe de la fusée lui donne une impulsion dirigée contre la vitesse de son mouvement, ce qui entraîne une diminution de la vitesse et permet d'atterrir.
L'idée d'utiliser des fusées pour des vols spatiaux a été avancée au début du XXe siècle. Scientifique, inventeur et enseignant russe Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Tsiolkovsky a développé la théorie du mouvement des fusées, a dérivé une formule pour calculer leur vitesse et a été le premier à proposer l'utilisation de fusées à plusieurs étages.
Un demi-siècle plus tard, l'idée de Tsiolkovsky a été développée et mise en œuvre par des scientifiques soviétiques sous la direction Sergueï Pavlovitch Korolev.
Nous allons maintenant essayer de lancer notre fusée. Avec l’aide des élèves, l’enseignant assemble une maquette de fusée. L'air est pompé dans le modèle de laboratoire de la fusée à l'aide d'une pompe et en appuyant sur la gâchette, la fusée vole à plus de deux mètres.
Des exemples de propulsion à réaction peuvent être trouvés dans le monde animal et végétal. Par exemple, les fruits mûrs d'un concombre « fou », au moindre contact, rebondissent sur la tige et un liquide amer contenant des graines est éjecté du trou résultant dans une fontaine à une vitesse de 10 m/s les concombres eux-mêmes volent ; dans le sens opposé (voir fig. 4). Le concombre « fou » (autrement appelé « pistolet des dames ») tire à plus de 12 m.

Écrivons-le devoirs: §22, ex. 21 (1, 2)

– Et maintenant sur vos bureaux il y a des dossiers avec le texte « Fusées vivantes », des exemples de propulsion à réaction dans milieu aquatique (Annexe 2 ).
Lisez le texte et répondez aux questions posées. (7-9 minutes).

– Dans notre leçon, nous devons absolument aborder le sujet du rôle des entreprises de la ville de Khimki dans le développement de la science des fusées. Au bureau du stand « Aujourd'hui en leçon », des informations détaillées sur les entreprises sont présentées spécifiquement pour la leçon.

OBNL ENERGOMASH du nom de l'académicien Valentin Petrovich Glushko, est une entreprise russe leader dans le développement de puissants moteurs de fusée à propergol liquide (LPRE). Les élèves de neuvième année, dans le cadre de leur orientation professionnelle, ont visité l’OBNL Energomash et ont étudié en détail l’histoire de la création de l’OBNL et le champ d’activité de l’entreprise. Aux informations présentes sur le stand, l'enseignant a ajouté un message sur la coopération entre les ONG et la société américaine ULA.

Livraison de nouveaux moteurs RD-180 JSC NPO Energomash du nom de l'académicien V.P. Glushko a effectué la livraison de trois moteurs-fusées liquides RD-180 dans la nuit du 17 novembre 2009. Un lot de moteurs a été livré à l'aéroport de Sheremetyevo, d'où ils ont été transportés vers les États-Unis à bord d'un avion AN-124 Ruslan. Comme on le sait, ces moteurs russes sont utilisés dans le cadre du premier étage du lanceur américain Atlas 5. La première livraison de ces moteurs à ergol liquide aux États-Unis a eu lieu en janvier 1999 ; depuis lors, 46 moteurs commerciaux de fabrication russe ont été livrés aux États-Unis, grâce auxquels 24 lancements d'Atlas 3 et d'Atlas 5 américains ont été lancés. les véhicules ont été achevés avec succès à ce jour. La société américaine ULA, après avoir accepté les moteurs et les avoir installés dans les nouveaux lanceurs, réalisera les prochains lancements spatiaux avec des moteurs russes. (Montrant des images fixes du film "Energomash" Annexe 1 ).

Je sais que certains étudiants ont préparé des faits intéressants sur l'histoire de la propulsion à réaction. (Les premières fusées à poudre, un reportage sur Kibalchich, etc. Dans notre cours, les élèves ont eux-mêmes sélectionné les informations et fourni de courts rapports).

– Merci de votre attention, le cours est terminé, au revoir.

La loi de conservation de la quantité de mouvement permet dans de nombreux cas de trouver les vitesses des corps en interaction même lorsque les valeurs des forces agissantes sont inconnues. Un exemple est la propulsion à réaction.
La propulsion à réaction est basée sur le principe du recul. Dans une fusée, lorsque le carburant brûle, les gaz chauffés à haute température sont éjectés de la tuyère à grande vitesse par rapport à la fusée. Notons la masse des gaz éjectés par m, et la masse de la fusée après la sortie des gaz par M. Puis pour le système fermé « fusée + gaz », basé sur la loi de conservation de la quantité de mouvement (par analogie avec le problème de tirer avec une arme à feu), on peut écrire :

où V est la vitesse de la fusée après l'échappement des gaz. Dans ce cas, on suppose que la vitesse initiale de la fusée était nulle.
La formule résultante pour la vitesse de la fusée n'est valable qu'à la condition que toute la masse de carburant brûlé soit éjectée de la fusée en même temps. En fait, la sortie se produit progressivement tout au long de la période de mouvement accéléré de la fusée. Chaque portion de gaz suivante est éjectée de la fusée, qui a déjà acquis une certaine vitesse.
Pour obtenir une formule précise, le processus de sortie de gaz d’une tuyère de fusée doit être examiné plus en détail. Laissez la fusée au temps t avoir une masse M et se déplacer avec vitesse (Fig. 1.17.3 (1)). Pendant une courte période de temps Δt, une certaine partie du gaz sera éjectée de la fusée avec une vitesse relative. La fusée à l'instant t + Δt aura une vitesse et sa masse deviendra égale à M + ΔM, où ΔM.< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM >0. La vitesse des gaz dans le référentiel inertiel OX sera égale à Appliquons la loi de conservation de la quantité de mouvement. A l'instant t + Δt, l'impulsion de la fusée est égale et l'impulsion des gaz émis est égale. À l'instant t, l'impulsion de l'ensemble du système est égale en supposant le système « fusée + gaz ». est fermé, on peut écrire :

La valeur peut être négligée, puisque |ΔM|<< M. Разделив обе части последнего соотношения на Δt и перейдя к пределу при Δt → 0, получим

Graphique 1.17.3.
Une fusée se déplaçant dans l'espace libre (sans gravité). 1 – au temps t. La masse de la fusée est M, sa vitesse est 2 – La fusée au temps t + Δt. Masse de la fusée M + ΔM, où ΔM< 0, ее скорость масса выброшенных газов –ΔM >0, vitesse relative des gaz vitesse des gaz dans le système inertiel
La valeur correspond à la consommation de carburant par unité de temps. Cette quantité est appelée force de poussée réactive. La force de poussée réactive agit sur la fusée du côté des gaz sortants, elle est dirigée dans la direction opposée à la vitesse relative ; Rapport

exprime la deuxième loi de Newton pour un corps masse variable. Si les gaz sont éjectés de la tuyère de la fusée strictement vers l'arrière (Fig. 1.17.3), alors sous forme scalaire, cette relation prend la forme :
Ma = µu,
où u est le module de vitesse relative. En utilisant l'opération mathématique d'intégration, à partir de cette relation on peut obtenir une formule pour la vitesse finale υ de la fusée :

où est le rapport entre les masses initiale et finale de la fusée. Cette formule s'appelle la formule de Tsiolkovsky. Il en résulte que la vitesse finale de la fusée peut dépasser la vitesse relative de sortie des gaz. La fusée peut donc être accélérée jusqu'à vitesses élevées, nécessaire aux vols spatiaux. Mais cela ne peut être réalisé qu’en consommant une masse importante de carburant, constituant une proportion importante de la masse initiale de la fusée. Par exemple, pour réaliser le premier vitesse de fuiteυ = υ1 = 7,9·103 m/s à u = 3·103 m/s (les vitesses d'écoulement des gaz pendant la combustion du carburant sont de l'ordre de 2 à 4 km/s), la masse de lancement d'une fusée à un étage devrait être environ 14 fois la masse finale. Pour atteindre la vitesse finale υ = 4u le rapport doit être égal à 50.

Modèle. Propulsion à réaction
Réduction significative masse de départ les fusées peuvent être réalisées à l'aide de fusées à plusieurs étages, où les étages de la fusée sont séparés à mesure que le carburant brûle. Les masses de conteneurs contenant du carburant, des moteurs usagés, des systèmes de contrôle, etc. sont exclues du processus d'accélération ultérieur des fusées. C'est dans le cadre de la création de fusées économiques à plusieurs étages que se développe la science moderne des fusées.