Урок - реактивний рух

Мета: з'ясувати сутність реактивного руху, призначення, конструкція і принцип дії ракет, реактивне рух в техніці і в природі.

ТСО і наочність:
  • ПО: ОС Windows, Microsoft Power Point, мультимедіа-проектор, CD-диск курсу "Фізика. Бібліотека наочних посібників ", 1С: школа,
  • Презентація "Реактивний рух", Додаток 1,
  • Реактивний рух (таблиця),
  • модель ракети.

Клас розбивається на групи по 2-4 людини, в залежності від наповнюваності класу. Робота групи оцінюється балами: один вірний відповідь-один бал. В кінці уроку бали підсумовуються, група має право розділити отримані бали в залежності від вкладу кожного учня в роботу групи. Учням отримав недостатню кількість балів вчитель дає додаткове завдання.

1. Який рух називається реактивним?

2. На якому законі засновано реактивне рух?

3. Від чого залежить швидкість ракети?

Робота в групах з питань:
  1. Чи завжди зручно користуватися законами Ньютона для опису взаємодії тел?
  2. Що таке імпульс?
  3. Куди спрямований вектор імпульсу?
  4. Сформулюйте закон збереження імпульсу.
  5. Хто відкрив закон збереження імпульсу?
  6. Як проявляється закон збереження імпульсу при зіткненні тіл?

Після обговорення відповідає один учень від групи.

III. Вступне слово вчителя.

Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували самі різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилось оповідання французького письменника Сірано де Бержерака про подорож на Місяць. Герой цього оповідання дістався до Місяця в металевому візку, над яким він весь час підкидав сильний магніт. Притягаючи до нього, візок все вище підіймався над Землею, доки не досягнув Місяця.

А барон Мюнхгаузен розповідав, що виліз на Місяць по стеблині боба.

Але жоден учений, жоден письменник-фантаст за багато століть не зміг назвати єдиного розташованого у розпорядженні людини засобу, за допомогою якого можна подолати силу земного тяжіння і полетіти в космос. Це зміг здійснити російський вчений Костянтин Едуардович Ціолковський (1857-1935). Він показав, що єдиний апарат, спроможний подолати силу тяжіння - це ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовують пальне і окислювач, розташовані на самому апараті.

Досвід 1. Обдурити гумову кульку і відпустити його.

Питання. За рахунок чого кулька починає рухатися? Обговорення в групі

Висновок. Кулька починає рухатися за рахунок того, що з нього виходить повітря.

Учитель: Рух кульки є прикладом реактивного руху, і ви правильно вказали причину руху кульки.

Досвід 2. Учень встає на легкорухливою візок, зістрибує з неї. Візок рухається в протилежний бік.

Питання: Що спільного в першому і в другому дослідах? Обговорення в групі

Висновок. Візок і кулька прийшли в рух, тому що від них щось відокремилося (учень, повітря).

Після цього учні формулюють визначення реактивного руху:

Під реактивним розуміють рух тіла, що виникає при відділенні деякої його частини з певною швидкістю щодо тіла.

При цьому виникає т.зв. реактивна сила, що повідомляє тілу прискорення.

Реактивний двигун - це двигун, що перетворює хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку. На яких же принципах и фізичних законах основується його дія?

1. сегнерова колесо.

Після демонстрації дослідів вчитель задає питання:

За рахунок чого виникає такий рух?

Чому відхиляється трубка? Чому злітає повітряна кулька?

Чому рухається ракета?

Як розрахувати швидкість. яку може розвинути ракета?

Обговорення питань в групі. Відповідає один учень від групи.

Учитель: К.Е. Ціолковський вивів формулу, що дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку може розвинути ракета. Спробуємо і ми вивести формулу для розрахунку максимальної швидкості руху.

Завдання: використовуючи закон збереження імпульсу розрахувати максимальну швидкість руху ракети.

Учні роблять в зошиті такий запис:

Згідно з третім законом Ньютона:

де Fl - сила, з якою ракета діє на розпечені гази, a F2 - сила, з якою гази відштовхують від себе ракету.

Модулі цих сил рівні: Fl = F2.

Саме сила F2 і є реактивної силою. Розрахуємо швидкість, яку може придбати ракета.

Якщо імпульс викинутих газів дорівнює mг Vг. а імпульс ракети mp vp. то із закону збереження імпульсу отримуємо: mг Vг = mp vp

Таким чином, швидкість ракети тим більше, чим більше швидкість витікання газів. і чим більше відношення - mг / mp

Питання: В яких випадках справедлива ця формула?

Відповідь: виведена формула справедлива тільки для випадку миттєвого згоряння палива. Такого бути не може, так як миттєве згоряння - вибух. На практиці маса палива зменшується поступово, тому для точного розрахунку використовують більш складні формули.

Питання. Від чого залежить швидкість руху?

Відповідь. Максимально досяжна швидкість залежить в першу чергу від швидкості вильоту газів із сопла, яка в свою чергу залежить перш за все від виду палива і температури газового струменя. Чим вище температура, тим більше швидкість. Значить, для ракети потрібно підбирати саме калорійне паливо, яке надає найбільшу кількість теплоти. Відношення маси палива до маси ракети в кінці роботи двигуна (тобто по правді до ваги пустої ракети) називається числом Ціолковського. Основний висновок полягає в тому, що в безповітряному просторі ракета розвине тим більшу швидкість, чим більша швидкість витоку газів і чим більше число Ціолковського.

Включення слід сказати, що сучасні технології виробництва ракетоносіїв не можуть дозволити перевищити швидкості в 8-12 км / с. Для третьої космічної швидкості (16,4 км / с) необхідно, щоб маса палива перевершувала масу оболонки носія майже в 55 разів, що на практиці реалізувати неможливо. Отже, потрібно шукати інші способи побудови ракетоносіїв.

IV. Вирішення задач.

Яку швидкість Vp набуває ракета, якщо маса mг миттєво викинутих газів становить 0,3 m ракети, а їх швидкість V = 2км / с.

Яку швидкість набуває ракета, якщо маса mг миттєво викинутих газів становить 0,5 m ракети, а їх швидкість V = 2км / с.

Визначити швидкість Vp ракети, якщо вихід газів відбувається зі Vг = 300 м / c. До зльоту mp з пальним дорівнює 600 г, а пального - 300 м

Перевірка рішення задач. Виставлення балів.

V. Реактивний рух в природі.

Каракатиці, восьминоги при русі у воді також використовують реактивний принцип переміщення. Набираючи в себе воду, вони, виштовхуючи її, набувають швидкість, спрямовану в бік, протилежний напрямок викиду води.

VI. Перевірка засвоєння теми.

1. Чому дорівнює добуток маси ракети m на прискорення її руху a по визначенню?

А. Імпульсу. Б. Силі. С. Енергії. Д. Швидкості.

2. Чому дорівнює імпульс ракети і пального до початку роботи двигунів?

А. 2mv. Б. -2mv. В. Mv. Д. 0

3. Який великий російський вчений зміг довести, що тільки ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовують пальне і окислювач, розташовані на самому апараті, може подолати силу тяжіння?

А. Корольов. Б. Ціалковского. В. Кибальчич. Д. Гагарін.

4. Як називається двигун, що перетворює хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку?

А. Тепловий. Б. Реактивний. В. Електричний. Д. Газовий.

Від чого залежить швидкість ракети?

А. Маси ракети. Б. Маси газів. В. Від сили тяжіння до Землі. Д. Маси ракети і маси газів.

VII. Повідомлення учнів про життя і наукової діяльності С.П. Королева, К.Е. Ціолковського, про Ю.А. Гагаріна і В.А. Терешкової.

VIII. Підбиття підсумків. Виставляння оцінок.

Схожі статті