Для більшості людей поняття “реактивного руху” пов’язане з останніми науково-технічними досягненнями у фізиці. З’являються прообрази літаків або кораблів на надзвукових швидкостях, які можуть розвинути відповідні двигуни.
Однак явище зустрічалося набагато раніше, оскільки воно з’явилося задовго до перших людей. Всілякі морські мешканці, як от восьминоги і каракатиці мільйони років живуть за аналогічним принципом, використовуючи принцип реактивних двигунів.
Історична довідка
Різні механізми на основі розглянутого фізичного явища почали виникати давно. Варто виділити деякі моменти:
- З давніх часів серед вчених спостерігався реактивний рух в природі і техніці. Найбільш ранніми вважаються записи давньогрецького математика і механіка Герона, який при цьому не зміг піти далі теоретичних досліджень.
- Що стосується історії того, як з’явилися приклади реактивного руху на практиці, то тут першість тримають представники Китаю. Ще в XII столітті вони вирішили запозичувати у каракатиць і восьминогів принцип такого руху для перших ракет. Їх застосовували як для розваг, так і для бойової зброї. Пізніше це знання перейшло до арабів і європейців.
- Природно, що перші ракети умовно реактивного виду були порівняно простими по конструкції і кілька століть перебували в стагнації.
Реактивний рух в новітньому часі
Лаври відкривача реактивного руху в природі і техніці іноді привласнюють талановитому винахіднику і революціонеру Миколі Кибальчичу. Власний проєкт двигуна і літального апарату, що передує появі літака, він зміг заснувати, коли відбував тюремне ув’язнення. У підсумку Кибальчич був страчений за революційні дії, а проєкт осів на полках царських охоронних органів.
Роботи Кибальчича, які могли використовуватися в зазначеному напрямку, відкриті і доповнені за допомогою праць вченого Костянтина Ціолковського.
У період з 1903 по 1914 рік він опублікував значну частину робіт з доказами реальної можливості застосування реактивного пересування для побудови космічних пристроїв з дослідження міжзоряних просторів.
Також Ціолковський сформулював принцип створення ракет. В цей час ряд ідей Ціолковського застосовується для вирішення завдань в плані ракетобудування.
Природні приклади реактивного руху
Наочно формули реактивного руху на практиці можна побачити в природі. Найбільш яскраво в цьому плані виділяють деякі морські мешканці:
- Під час купання в морі ми часто можемо зустріти медуз. Але мало хто знає, що їх рух залежить від реактивної тяги. Внаслідок того, що їх будова включає прозорий купол, вони можуть виловлювати воду. Цей процес можна назвати реактивним пересуванням.
- Схожу механіку має каракатиця, завдяки особливій воронці спереду. З її допомогою вода набирається в порожнину зябер, після чого вона швидко викидається з воронки назад або вбік, виходячи з необхідного напрямку руху.
- Найцікавішим випадком є кальмар, якого нерідко порівнюють з живою торпедою. Ракета повністю повторює тіло кальмара. Для стрімкого кидка він застосовує природний реактивний двигун. Оточений мантією і спеціальної м’язовою тканиною, порожнина всередині всмоктує всю воду. Потім струмінь різко вилітає через вузькувате сопло. До того ж всі десять щупалець складаються так, щоб була утворена обтічна форма. Настільки досконала реактивна навігація допомагає кальмару досягти особливо високої швидкості до 70 кілометрів на годину.
У природі також зустрічаються власники природних реактивних двигунів. Одним з таких є шалений огірок. При дозріванні плодів навіть при легкому торканні він стріляє клейковиною з насінням.
Закон реактивного руху і рівняння
Важливо розібрати суть такого руху і дати йому грамотне визначення, оскільки від цього залежить подальший розгляд фізичних явищ в науці.
Є досить простий спосіб, за допомогою якого можна наочно продемонструвати це явище. Звичайну кульку надувають повітрям і відразу випускають. Дія буде розвиватися стрімко до моменту, доки запас повітря повністю не виснажиться. Пояснення криється в третьому законі Ньютона – згідно з ним, два тіла взаємодіють між собою з рівними за значенням і протилежними у напрямку силами.
Сила, яка діє на потоки повітря, що виходять, і сила відштовхування кульки дорівнюють між собою. Аналогічно діє ракета, викидаючи на високій швидкості частину власної маси. При цьому спостерігається сильне прискорення в іншому напрямку.
Ракета в спокої має імпульс і швидкість в нульових значеннях. При викиді реактивного струменя частина, що залишилася за законом збереження імпульсу набуває ту швидкість, коли сумарний імпульс дорівнює нулю.
В цілому такий рух можна описувати наступним рівнянням:
m s v s + m р v р = 0 m s v s = -m р v s
де
- m s v s – імпульс, що утворюється струменем газів,
- m р v р – імпульс, що створюється ракетою.
Знак мінус показує, що напрямок руху ракети і сила руху струменя лежать в різних площинах.
Практичне застосування реактивного руху
Для новітньої техніки зазначений рух відіграє значну роль, оскільки реактивні двигуни здатні привести в рух різні конструкції, від літаків до кораблів. Хоча безпосередньо конструкція двигуна може значно відрізнятися в порівнянні з конкурентами, в кожному повинен лежати один з елементів:
- запас палива, призначення якого – забезпечення підняття апарату;
- камера для спалювання палива, що дозволяє відокремити потрібну частину ракети;
- сопло, завдання якого – прискорити реактивний струмінь і продовжувати рух вгору.
За схемою космічний апарат повинен був нагадувати реактивний снаряд. Але спереду повинна була бути кабіна для приладів і людей, а в іншій частині — запас палива і двигун. Для додання необхідної швидкості було важливо підібрати правильне паливо. Занадто небезпечно і ненадійно було застосування вибухових речовин за типом пороху.
Перша ракета вагою в 16 кілограмів була випробувана в 1929 році в Німеччині. Дослідний зразок полетів у повітря і зник з виду до того, як можна було б відстежити траєкторію: пошуки були безуспішні. Потрібно було думати над доопрацюванням моделі.
Друга спроба супроводжувалася невеликою хитрістю. До ракети прив’язали мотузку довжиною в 4 кілометри. Завившись, ракета витягла половину мотузки і полетіла в невідомому напрямку. Пошуки також виявилися безрезультатні.
Після запуску ракета вона пролетіла заплановані кілометри і успішно сіла. У дії підтвердилися закони Ньютона. Надалі успішне застосування літальних об’єктів продовжилося.
Реактивний рух успішно застосовується в ракетобудуванні і фізиці в цілому. Навіть природа показує, наскільки широке і ефективне його застосування.
