Физика 9 класс учебник Перышкин, Гутник - страница 125

   Наблюдаемое движение шарика в направлении, противоположном струе выходящего из него сжатого воздуха, прекрасно иллюстрируется законом сохранения импульса. Пока отверстие шарика было закрыто, вся система, включающая сам шарик и находящийся внутри него сжатый воздух, пребывала в состоянии покоя, что подразумевает нулевой суммарный импульс. После того, как отверстие открывается, происходит интенсивное вытекание сжатого воздуха.
   Согласно фундаментальному закону сохранения импульса, общий импульс системы, состоящей из шарика и выходящего воздуха, должен оставаться неизменным, то есть равным нулю. Вследствие этого, шарик начинает перемещаться в сторону, противоположную направлению движения воздушной струи, с такой скоростью, что его собственный импульс по модулю равен импульсу воздушной струи. Векторы импульсов шарика и воздуха направлены антипараллельно. В итоге, суммарный импульс взаимодействующих тел сохраняется равным нулю.

   Примерами явлений, основанных на принципе реактивного движения, служат: перемещение шарика, выбрасывающего струю воды; способ передвижения головоногих моллюсков, таких как осьминоги, кальмары и каракатицы, которые выталкивают воду из своего тела; а также принцип работы реактивных самолетов, использующих отбрасывание газов для создания тяги.

   Главная задача ракет — доставка в космическое пространство разнообразных объектов, таких как искусственные спутники нашей планеты, пилотируемые и автоматические аппараты для исследования других миров, а также прочие ценные грузы.
   Независимо от специфики своей конструкции, любая ракета состоит из двух ключевых элементов: внешней оболочки и рабочего состава, включающего топливо и окислитель. Внутри оболочки размещаются сам полезный груз, блок управления и силовая установка, включающая камеру сгорания, насосные системы и другие компоненты. Львиную долю массы ракеты занимает именно этот рабочий состав.
   Окислитель играет критически важную роль, обеспечивая процесс горения топлива в условиях вакуума, где отсутствует атмосферный кислород. Под давлением насосов топливо и окислитель поступают в камеру сгорания. Там, в результате интенсивного горения, они преобразуются в раскаленный газ под высоким давлением. Этот газ, вырываясь наружу через специально сконструированный раструб, известный как сопло, создает реактивную тягу.

   Величина скорости, с которой ракета набирает высоту, напрямую определяется скоростью истечения рабочего тела (газа).

   Многоступенчатые ракетные системы обладают значительным преимуществом в скорости и дальности полета по сравнению с их одноступенчатыми аналогами. Принцип их работы заключается в последовательном сбросе отработавших ступеней, что существенно снижает общую массу аппарата. Такая оптимизация позволяет более эффективно расходовать топливо и окислитель, тем самым достигая более высоких скоростей.

   Для осуществления мягкой посадки космического аппарата, третья ступень ракеты выполняет функцию тормозного двигателя. Перед началом маневра посадки, аппарат ориентируется таким образом, что его двигательная установка оказывается направленной вперед по ходу движения. Выброс газов из сопла в этом случае создает реактивную силу, противоположную вектору скорости аппарата. Это позволяет эффективно снизить скорость и обеспечить безопасное приземление.

   Эксперимент осуществляется с использованием гибкой трубки из эластичного материала, надежно зафиксированной на специальной подставке (штативе). Изначально, перед началом наблюдения, трубка ориентирована строго вертикально. Далее в нее начинают подавать поток воды. По мере вытекания из изогнутого участка трубки, струя воды получает направленное движение, а сама трубка, в ответ на это, совершает отклонение в противоположном направлении.
   Данный эксперимент наглядно иллюстрирует принцип реактивного движения. Суть этого явления заключается в том, что объект начинает перемещаться в направлении, противоположном вектору движения выбрасываемой им части своей массы, в данном случае — струи воды.
   Физическая основа этого явления кроется в законе сохранения импульса. До момента начала движения общий импульс всей системы, состоящей из трубки и воды, равен нулю. Когда вода начинает вытекать и приобретает определенный импульс в одном направлении, трубка получает импульс равной величины, но с противоположным знаком. Именно это и приводит к ее отклонению в противоположную сторону.