การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในการนำเสนอฟิสิกส์ธรรมชาติ การนำเสนอในหัวข้อ "แรงขับเจ็ทในธรรมชาติ"

การนำเสนอบทเรียนฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ในหัวข้อ “แรงขับเจ็ท”
ผู้เขียนเนื้อหา: Olga Ivanovna Marchenko ครูฟิสิกส์ประเภทคุณวุฒิสูงสุดสถาบันการศึกษาเทศบาล - โรงเรียนมัธยมหมายเลข 3 มาร์กซ์ภูมิภาค Saratov
มาร์กส์, 2015.

บทเรียน "การค้นพบ" ความรู้ใหม่ Marchenko ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 Olga Ivanovna ครูสอนฟิสิกส์ปี 2013
แรงขับเจ็ท

เป้าหมาย ทางการศึกษา: 1. ให้แนวคิดเรื่องการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น 2. ให้ตัวอย่างการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในธรรมชาติและเทคโนโลยี 3. อธิบายวัตถุประสงค์ โครงสร้าง หลักการทำงาน และการใช้ขีปนาวุธ 4. สามารถกำหนดความเร็วของจรวดได้ สามารถใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม และกฎข้อที่ 3 ของนิวตันได้ 5. แสดงความสำคัญของผลงานของ K.E. และ Korolev S.P. ในการพัฒนาระบบขับเคลื่อนจรวดอวกาศ ทางการศึกษา: แสดงความสำคัญเชิงปฏิบัติของความรู้ทางกายภาพในหัวข้อ "การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น"; เพิ่มแรงงานและกิจกรรมสร้างสรรค์ของนักเรียนขยายขอบเขตอันไกลโพ้นผ่านการศึกษาด้วยตนเอง พัฒนาการ: พัฒนาความสามารถในการวิเคราะห์ข้อเท็จจริงเมื่อสังเกตปรากฏการณ์ พัฒนาทักษะการสนทนาทางวัฒนธรรม แสดงและปรับมุมมองของคุณ ปกป้องความถูกต้องของการตัดสิน วิเคราะห์ผลลัพธ์

ระบบเฮลิโอเซนตริกของโลก
ครู. - คุณรู้ว่าระบบสุริยะของเราทำงานอย่างไร ยังไงก็ตามมันทำงานยังไง?
- ถึงเวลาที่จะเริ่มการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมของระบบสุริยะแล้ว
- เรามาดูกันว่าดวงอาทิตย์คืออะไร ดวงอาทิตย์คืออะไร?
โครงสร้างดังกล่าวมีชื่อว่าอะไร? ทำไมจึงเรียกอย่างนั้น?
- คุณรู้ไหมว่าดาวเคราะห์ดวงใดเป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยะ? โดยวิธีการอันไหน?
I. แรงจูงใจในกิจกรรมการศึกษา
(ดาวที่ใกล้ที่สุด)

ถนนสู่อวกาศ ยานอวกาศกำลังบินไปตามเส้นทางอวกาศและดวงดาวที่กำลังจะมาถึงก็ส่องแสงแวววาวและออกไปได้อย่างไร จู่ๆ ก็สามารถไปอยู่ในอวกาศระหว่างดวงดาวจากเที่ยวบินใดและร่อนเร่ได้อย่างไร..
- ถึงเวลาออกสู่อวกาศแล้ว!

แรงขับเจ็ท
ได้เวลาออกสู่อวกาศแล้ว! - ค้นหาคำตอบ: วิธี "ไป" สู่อวกาศ
ยานอวกาศกำลังบินไปตามเส้นทางอวกาศและดวงดาวที่กำลังจะมาถึงก็ส่องแสงแวววาวและออกไปได้อย่างไร จู่ๆ ก็สามารถไปอยู่ในอวกาศระหว่างดวงดาวจากเที่ยวบินใดและร่อนเร่ได้อย่างไร..
แต่ก่อนอื่นเรามาดูกันว่าเหตุใดเราจึงสามารถเคลื่อนไหวได้ทั้งหมด?

1. ทำไมเราถึงสามารถเคลื่อนที่บนโลกได้?
- ดันตัวออกจากพื้น

1. ทำไมเราถึงสามารถเคลื่อนที่-บนน้ำได้?
ดันออกจากน้ำ

3.ทำไมเราถึงเดินทางทางอากาศได้?
- ดันตัวออกจากอากาศ
จะเริ่มต้นจากอะไรในอวกาศ? จะย้ายไปที่นั่นได้อย่างไร?

ภารกิจที่ 1. เจ็ตบอล
บทสรุป. อากาศออกมาในทิศทางหนึ่งและลูกบอลเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น
มาค้นคว้าข้อมูลเล็กๆ น้อยๆ และดูว่าร่างกายสามารถผลักสิ่งใดออกมาได้ ถ้าไม่มีอะไรให้ผลักออกไป
ภารกิจที่ 1. บอลลูนเจ็ท คนสองคนจะดึงสายเบ็ดที่ต่อท่อกับบอลลูนแล้วดึงออกมา ขยายบอลลูนแล้วปล่อย เกิดอะไรขึ้นกับลูกบอล? อะไรทำให้ลูกบอลเริ่มเคลื่อนที่?
(อากาศแยกออกจากมัน)

ภารกิจที่ 2. รถเข็นเด็ก Jet
สรุป: ลมออกทิศทางเดียว-รถเข็นเด็ก ย้ายไปที่อื่น
นำรถเข็นที่มีลูกโป่งติดมาด้วย ขยายบอลลูนด้วยหลอด วางรถเข็นไว้บนโต๊ะแล้วปล่อยลูกบอล
เกิดอะไรขึ้นกับรถเข็น? อะไรทำให้รถเข็นเริ่มเคลื่อนไหว?
(อากาศแยกออกจากมัน)

หัวข้อบทเรียน: เครื่องยนต์ไอพ่น
การเคลื่อนไหวปฏิกิริยาคือการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นเมื่อส่วนใดส่วนหนึ่งถูกแยกออกจากร่างกายด้วยความเร็วที่กำหนด

นาทีพลศึกษา
แสดงจินตนาการของคุณและพยายามวาดภาพ: ปลาหมึกยักษ์ ปลาหมึก แมงกะพรุน แตงกวา
แตงกวา "บ้า"
ปลาหมึกยักษ์
ปลาหมึก

ตัวอย่างของการเคลื่อนที่ด้วยเจ็ทในธรรมชาติ: การเคลื่อนที่ด้วยเจ็ทเป็นลักษณะของหมึกยักษ์ ปลาหมึก ปลาหมึก แมงกะพรุน ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้ปฏิกิริยา (หดตัว) ของกระแสน้ำที่พุ่งออกมาเพื่อการว่ายน้ำโดยไม่มีข้อยกเว้น

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในเทคโนโลยี
จากประวัติศาสตร์ของ JET PROpulsion ดอกไม้ไฟดินปืนและพลุสัญญาณครั้งแรกถูกนำมาใช้ในประเทศจีนในศตวรรษที่ 10 ในศตวรรษที่ 18 มีการใช้ขีปนาวุธต่อสู้ในระหว่างการสู้รบระหว่างอินเดียและอังกฤษ รวมถึงในสงครามรัสเซีย-ตุรกี ปัจจุบันระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นถูกนำมาใช้ในเครื่องบิน จรวด และยานอวกาศ
เครื่องยิงจรวด

จรวด
ออกกำลังกาย. เปิดตำราเรียนหน้า 84 “การออกแบบและหลักการทำงานของยานปล่อยตัว”
ตัวอย่างของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในเทคโนโลยี
ดังนั้นเราจึงพบหนทางสู่อวกาศ - นี่คือการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น

นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่ได้ค้นพบหลักการของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นซึ่งถือเป็นผู้ก่อตั้งเทคโนโลยีจรวดอย่างถูกต้อง
คอนสแตนติน เอดูอาร์โดวิช ซิออลคอฟสกี้ (2400-2478)
ผู้ก่อตั้งอวกาศ:

เซอร์เกย์ ปาฟโลวิช โคโรเลฟ (2450-2509)
นักออกแบบยานอวกาศ
ผู้ก่อตั้งอวกาศ:

ยูริ อเล็กเซวิช กาการิน2477-2511
นักบินอวกาศคนแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติได้ทำการบินในอวกาศครั้งแรกเมื่อวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2504 บนยานอวกาศวอสตอค
ผู้ก่อตั้งด้านอวกาศ

สไลด์ 1

สไลด์ 2

ที่มาของสูตรสำหรับความเร็วของจรวดในระหว่างการบินขึ้น ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน: F1 = - F2 โดยที่ F1 คือแรงที่จรวดกระทำต่อก๊าซร้อน และ F2 คือแรงที่ก๊าซจะผลักจรวดออกไป โมดูลัสของแรงเหล่านี้มีค่าเท่ากัน: F1 = F2 แรง F2 คือแรงปฏิกิริยา ลองคำนวณความเร็วที่จรวดสามารถรับได้ หากโมเมนตัมของก๊าซที่ปล่อยออกมาเท่ากับ Vg mg และโมเมนตัมของจรวดคือ Vр mр ดังนั้นตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเราจะได้: Vg mg = Vр mр ความเร็วของจรวดมาจากไหน: VR = Vг mг / mр

สไลด์ 3

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky แนวคิดในการใช้จรวดสำหรับการบินอวกาศถูกหยิบยกขึ้นมาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์นักประดิษฐ์และอาจารย์ชาวรัสเซีย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky Tsialkovsky พัฒนาทฤษฎีการเคลื่อนที่ของจรวดโดยได้รับสูตรสำหรับการคำนวณความเร็วและเป็นคนแรกที่เสนอการใช้จรวดหลายขั้น

สไลด์ 4

นักบินอวกาศคนแรกของโลกและหัวหน้าผู้ออกแบบจรวดและเทคโนโลยีอวกาศในประเทศ Sergei Pavlovich Korolev เป็นนักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบโซเวียตผู้อำนวยการการบินอวกาศทั้งหมด ยูริ อเล็กเซวิช กาการิน นักบินอวกาศคนแรกโคจรรอบโลกเมื่อวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2504 ด้วยยานอวกาศวอสตอค ด้วยเวลา 1 ชั่วโมง 48 นาที

สไลด์ 5

การเคลื่อนไหวปฏิกิริยา การเคลื่อนไหวปฏิกิริยาเกิดขึ้นเนื่องจากความจริงที่ว่าบางส่วนถูกแยกออกจากร่างกายและเคลื่อนไหวอันเป็นผลมาจากการที่ร่างกายได้รับแรงกระตุ้นที่ตรงกันข้าม

สไลด์ 6

หลักการของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นพบการใช้งานจริงในวงกว้างในการบินและอวกาศ ไม่มีตัวกลางในอวกาศที่ร่างกายสามารถโต้ตอบได้ และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนทิศทางและขนาดของความเร็ว ดังนั้นเฉพาะเครื่องบินเจ็ตเท่านั้นที่สามารถใช้สำหรับการบินอวกาศได้ เช่น จรวด

สไลด์ 7

แผนภาพแสดงการออกแบบจรวดระยะเดียว จรวดใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบมักจะมีเปลือกและเชื้อเพลิงที่มีตัวออกซิไดเซอร์เสมอ รูปนี้แสดงภาพตัดขวางของจรวด เราจะเห็นว่าเปลือกจรวดประกอบด้วยน้ำหนักบรรทุก (ยานอวกาศ) ห้องเครื่องมือ และเครื่องยนต์ (ห้องเผาไหม้ ปั๊ม ฯลฯ)

สไลด์ 8

จรวดหลายใบพัด ในการฝึกบินในอวกาศ มักใช้จรวดหลายใบพัดซึ่งพัฒนาความเร็วที่สูงกว่ามากและได้รับการออกแบบมาเพื่อการบินที่ยาวนานขึ้น รูปนี้แสดงแผนภาพของจรวดดังกล่าว หลังจากใช้เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ของระยะแรกแล้ว ระยะนี้จะถูกทิ้งโดยอัตโนมัติ และเครื่องยนต์ระยะที่สองจะเข้ามาทำหน้าที่แทน เป็นต้น การลดมวลโดยรวมของจรวดโดยละทิ้งขั้นตอนที่ไม่จำเป็นอยู่แล้วจะช่วยประหยัดเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ และเพิ่มความเร็วของจรวด

การประยุกต์ใช้แรงขับเจ็ทในธรรมชาติ พวกเราหลายคนในชีวิตของเราต้องเผชิญกับแมงกะพรุนขณะว่ายน้ำในทะเล แต่มีน้อยคนที่คิดว่าแมงกะพรุนใช้แรงขับไอพ่นในการเคลื่อนที่ด้วย และบ่อยครั้งประสิทธิภาพของสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลเมื่อใช้เครื่องยนต์ไอพ่นจะสูงกว่าสิ่งประดิษฐ์ทางเทคโนโลยีมาก

ปลาหมึก ปลาหมึกก็เหมือนกับปลาหมึกส่วนใหญ่ เคลื่อนที่ในน้ำในลักษณะดังต่อไปนี้ เธอนำน้ำเข้าไปในช่องเหงือกผ่านช่องด้านข้างและช่องทางพิเศษที่อยู่ด้านหน้าลำตัว จากนั้นจึงพ่นกระแสน้ำผ่านช่องทางอย่างกระตือรือร้น ปลาหมึกจะเคลื่อนท่อกรวยไปทางด้านข้างหรือด้านหลัง และเมื่อบีบน้ำออกมาอย่างรวดเร็ว ก็สามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางต่างๆ ได้

ปลาหมึก ปลาหมึกเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่ใหญ่ที่สุดที่อาศัยอยู่ในส่วนลึกของมหาสมุทร มันเคลื่อนที่ตามหลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น โดยดูดซับน้ำ แล้วผลักด้วยแรงมหาศาลผ่านรูพิเศษที่เรียกว่า “กรวย” และจะดันไปข้างหลังด้วยความเร็วสูง (ประมาณ 70 กม./ชม.) ในเวลาเดียวกัน หนวดทั้ง 10 ของปลาหมึกจะรวมตัวกันเป็นปมเหนือหัว และมีรูปร่างเพรียวบาง

ปลาหมึกบิน เป็นสัตว์ตัวเล็กขนาดเท่าปลาเฮอริ่ง มันไล่ล่าปลาด้วยความเร็วจนมักจะกระโดดขึ้นจากน้ำ โฉบเหนือผิวน้ำเหมือนลูกศร หลังจากพัฒนาแรงขับเจ็ทสูงสุดในน้ำแล้ว ปลาหมึกนักบินก็บินขึ้นไปในอากาศและบินข้ามคลื่นเป็นระยะทางมากกว่าห้าสิบเมตร สุดยอดของการบินของจรวดที่มีชีวิตอยู่สูงเหนือน้ำจนปลาหมึกบินมักจะไปจบลงบนดาดฟ้าเรือเดินทะเล สี่ถึงห้าเมตรไม่ใช่ความสูงเป็นประวัติการณ์ที่ปลาหมึกจะลอยขึ้นสู่ท้องฟ้า บางครั้งพวกเขาก็บินได้สูงกว่านี้

ปลาหมึกยักษ์ ปลาหมึกยักษ์ก็บินได้ นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส Jean Verani เห็นว่าปลาหมึกยักษ์ธรรมดาเร่งความเร็วในตู้ปลาได้อย่างไร และจู่ๆ ก็กระโดดขึ้นจากน้ำไปข้างหลัง หลังจากบรรยายถึงส่วนโค้งที่ยาวประมาณห้าเมตรในอากาศ เขาก็กลับเข้าไปในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ เมื่อเพิ่มความเร็วในการกระโดด ปลาหมึกยักษ์ไม่เพียงเคลื่อนที่เนื่องจากแรงผลักดันเท่านั้น แต่ยังพายเรือด้วยหนวดอีกด้วย

แตงกวาบ้า ในประเทศทางใต้ (และที่นี่บนชายฝั่งทะเลดำด้วย) พืชที่เรียกว่า "แตงกวาบ้า" เติบโตขึ้น ทันทีที่คุณสัมผัสผลไม้ที่มีลักษณะคล้ายแตงกวาสุกเบา ๆ มันก็กระเด็นออกจากก้านและผ่านรูที่เกิดของเหลวที่มีเมล็ดก็ลอยออกมาจากผลไม้ด้วยความเร็วสูงถึง 10 เมตรต่อวินาที แตงกวาบ้า (หรือเรียกว่า "ปืนพกผู้หญิง") ยิงได้ไกลกว่า 12 เมตร

การนำเสนอฟิสิกส์ระดับโรงเรียน (ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9) ในหัวข้อ "การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น" ในรูปแบบ ppt (powerpoint 2003) มี 23 สไลด์

ชิ้นส่วนจากการนำเสนอ

• แรงกระตุ้นของร่างกาย แรงกระตุ้น.
• กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม
• แรงขับเจ็ท:
  • การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในธรรมชาติและเทคโนโลยี
  • ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่น
  • ความสำคัญของการสำรวจอวกาศ

เป็นเวลาหลายศตวรรษแล้วที่ผู้คนชื่นชมและศึกษาท้องฟ้าที่เต็มไปด้วยดวงดาวซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของธรรมชาติ ตั้งแต่สมัยโบราณท้องฟ้าดึงดูดความสนใจของมนุษย์โดยเผยให้เห็นภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจและเข้าใจยากต่อสายตาของเขา ล้อมรอบด้วยความมืดมิด แสงไฟดวงเล็ก ๆ กะพริบ สว่างกว่าอัญมณีล้ำค่าที่ดีที่สุดอย่างหาที่เปรียบมิได้ เป็นไปได้ไหมที่จะละสายตาจากโลกอันกว้างใหญ่และห่างไกลเหล่านี้!?

“ ฉันบอกคน ๆ หนึ่ง: เชื่อในตัวเอง!
คุณสามารถทำทุกอย่างได้!
คุณสามารถรู้ความลับแห่งนิรันดร์ทั้งหมดได้ กลายเป็นเจ้าแห่งความอุดมสมบูรณ์ของธรรมชาติ คุณมีปีกอยู่บนหลังของคุณ แกว่งพวกเขา! เหวี่ยงมันแล้วคุณจะมีความสุข มีพลัง และเป็นอิสระ..."

เค.อี. ทซิโอลคอฟสกี้

แรงกระตุ้นของร่างกาย แรงกระตุ้น

• โมเมนตัมของวัตถุคือปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ ซึ่งเป็นการวัดการเคลื่อนที่ทางกล ซึ่งมีค่าเท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายและความเร็วของการเคลื่อนที่
• แรงกระตุ้นคือปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ที่ใช้วัดการกระทำของแรงในช่วงระยะเวลาหนึ่ง
• การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของร่างกายเท่ากับแรงกระตุ้น
• เมื่อร่างกายมีปฏิสัมพันธ์กัน แรงกระตุ้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้

กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม: โมเมนตัมรวมของระบบปิดของวัตถุจะคงที่ในระหว่างการโต้ตอบใดๆ ของวัตถุของระบบนี้ระหว่างกัน

เงื่อนไขในการใช้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม:

1. จะต้องปิดระบบ
2. แรงภายนอกที่กระทำต่อร่างกายของระบบได้รับการชดเชยหรือการกระทำของพวกมันสามารถถูกละเลยได้
3. ดำเนินการในระบบอ้างอิงเฉื่อย

แรงขับเจ็ท

การเคลื่อนไหวทุกประเภทเป็นไปไม่ได้หากไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายของระบบที่กำหนดกับสิ่งแวดล้อม และสำหรับการดำเนินการเคลื่อนที่ด้วยไอพ่นนั้น ไม่จำเป็นต้องมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายกับสิ่งแวดล้อม

• การเคลื่อนไหวของวัตถุอันเป็นผลมาจากการแยกส่วนหนึ่งของมวลออกจากมันด้วยความเร็วหนึ่งเรียกว่าปฏิกิริยา
• หลักการของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นพบการใช้งานจริงในวงกว้างในการบินและอวกาศ

โครงการแรกของจรวดบรรจุคนคือในปี พ.ศ. 2424 โครงการจรวดที่มีเครื่องยนต์ผงโดยนักปฏิวัติที่มีชื่อเสียง นิโคไล อิวาโนวิช คิบาลชิช(พ.ศ. 2396-2424) หลังจากถูกศาลซาร์ตัดสินว่ามีความผิดฐานมีส่วนร่วมในการสังหารจักรพรรดิอเล็กซานเดอร์ที่ 2 คิบาลชิชซึ่งอยู่ในโทษประหารชีวิต 10 วันก่อนการประหารชีวิต ได้ส่งบันทึกถึงฝ่ายบริหารเรือนจำเพื่ออธิบายสิ่งประดิษฐ์ของเขา แต่เจ้าหน้าที่ซาร์ซ่อนโครงการนี้จากนักวิทยาศาสตร์ เป็นที่รู้จักในปี พ.ศ. 2459 เท่านั้น ในปี พ.ศ. 2446 คอนสแตนติน เอดูอาร์โดวิช ซิโอลคอฟสกี้เสนอการออกแบบจรวดสำหรับการบินในอวกาศครั้งแรกโดยใช้เชื้อเพลิงเหลว และได้สูตรความเร็วของจรวด ในปี พ.ศ. 2472 นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอแนวคิดในการสร้างรถไฟจรวด (จรวดแบบหลายขั้นตอน)

เซอร์เกย์ ปาฟโลวิช โคโรเลฟเป็นผู้ออกแบบระบบจรวดและอวกาศรายใหญ่ที่สุด ภายใต้การนำของเขา ได้มีการเปิดตัวดาวเทียมประดิษฐ์ดวงแรกของโลกที่ประกอบด้วยโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ ยานอวกาศที่มีคนขับลำแรก และยานอวกาศที่มีคนขับลำแรก

ความสำคัญของการสำรวจอวกาศ

1. การใช้ดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร การดำเนินการสื่อสารทางโทรศัพท์และโทรทัศน์
2. การใช้ดาวเทียมในการนำทางเรือและเครื่องบิน
3. การใช้ดาวเทียมในอุตุนิยมวิทยาและศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ การพยากรณ์ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ
4. การใช้ดาวเทียมเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีต่างๆ ในสภาวะไร้น้ำหนัก การชี้แจงทรัพยากรธรรมชาติ
5. การใช้ดาวเทียมเพื่อศึกษาอวกาศและลักษณะทางกายภาพของวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะ

การขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในธรรมชาติและเทคโนโลยี

บทคัดย่อทางฟิสิกส์

แรงขับเจ็ท- การเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นเมื่อส่วนใดส่วนหนึ่งถูกแยกออกจากร่างกายด้วยความเร็วที่กำหนด

แรงปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่มีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุภายนอก

การใช้แรงขับเจ็ทในธรรมชาติ

พวกเราหลายคนในชีวิตของเราต้องเผชิญกับแมงกะพรุนขณะว่ายน้ำในทะเล ไม่ว่าในกรณีใดในทะเลดำก็มีเพียงพอแล้ว แต่มีน้อยคนที่คิดว่าแมงกะพรุนใช้แรงขับไอพ่นในการเคลื่อนที่ด้วย นอกจากนี้ยังเป็นวิธีที่ตัวอ่อนของแมลงปอและแพลงก์ตอนทะเลบางชนิดเคลื่อนที่ด้วย และบ่อยครั้งประสิทธิภาพของสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลเมื่อใช้เครื่องยนต์ไอพ่นจะสูงกว่าสิ่งประดิษฐ์ทางเทคโนโลยีมาก

หอยหลายชนิดใช้การขับเคลื่อนด้วยไอพ่น - ปลาหมึกยักษ์, ปลาหมึก, ปลาหมึก ตัวอย่างเช่น หอยเชลล์ทะเลเคลื่อนที่ไปข้างหน้าเนื่องจากแรงปฏิกิริยาของกระแสน้ำที่ถูกโยนออกจากเปลือกหอยระหว่างการบีบอัดวาล์วอย่างแหลมคม

ปลาหมึกยักษ์

ปลาหมึก

ปลาหมึกก็เหมือนกับปลาหมึกส่วนใหญ่ เคลื่อนที่ในน้ำในลักษณะต่อไปนี้ เธอนำน้ำเข้าไปในช่องเหงือกผ่านช่องด้านข้างและช่องทางพิเศษที่อยู่ด้านหน้าลำตัว จากนั้นจึงพ่นกระแสน้ำผ่านช่องทางอย่างกระตือรือร้น ปลาหมึกจะเคลื่อนท่อกรวยไปทางด้านข้างหรือด้านหลัง และเมื่อบีบน้ำออกมาอย่างรวดเร็ว ก็สามารถเคลื่อนที่ไปในทิศทางต่างๆ ได้

สัตว์ซัลปามารีนที่มีลำตัวโปร่งใสเมื่อเคลื่อนไหวจะได้รับน้ำผ่านช่องเปิดด้านหน้าและน้ำจะเข้าสู่ช่องกว้างซึ่งภายในเหงือกจะยืดออกในแนวทแยงมุม ทันทีที่สัตว์จิบน้ำปริมาณมาก รูจะปิดลง จากนั้นกล้ามเนื้อตามยาวและตามขวางของน้ำเกลือจะหดตัว ทั่วทั้งร่างกายหดตัว และน้ำจะถูกผลักออกทางช่องเปิดด้านหลัง ปฏิกิริยาของไอพ่นที่หลบหนีจะดันซัลปาไปข้างหน้า

เครื่องยนต์ไอพ่นของปลาหมึกเป็นที่สนใจมากที่สุด ปลาหมึกเป็นสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่ใหญ่ที่สุดที่อาศัยอยู่ในส่วนลึกของมหาสมุทร ปลาหมึกได้รับความสมบูรณ์แบบสูงสุดในการนำทางด้วยเครื่องบินเจ็ท แม้แต่ร่างกายของพวกเขาซึ่งมีรูปแบบภายนอกก็เลียนแบบจรวดได้ (หรือดีกว่านั้นคือจรวดก็เลียนแบบปลาหมึกเพราะมันมีลำดับความสำคัญที่เถียงไม่ได้ในเรื่องนี้) เมื่อเคลื่อนที่ช้าๆ ปลาหมึกจะใช้ครีบรูปเพชรขนาดใหญ่ซึ่งจะโค้งงอเป็นระยะๆ มันใช้เครื่องยนต์ไอพ่นเพื่อขว้างอย่างรวดเร็ว เนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ - เสื้อคลุมล้อมรอบตัวหอยทุกด้าน ปริมาตรของโพรงนั้นเกือบครึ่งหนึ่งของปริมาตรตัวปลาหมึก สัตว์ดูดน้ำภายในโพรงเสื้อคลุมจากนั้นก็พ่นกระแสน้ำออกมาอย่างรวดเร็วผ่านหัวฉีดแคบ ๆ แล้วเคลื่อนที่ไปข้างหลังด้วยการผลักความเร็วสูง ในเวลาเดียวกัน หนวดปลาหมึกทั้งสิบหนวดก็รวมตัวกันเป็นปมเหนือหัว และมีรูปร่างเพรียวบาง หัวฉีดมีวาล์วพิเศษและกล้ามเนื้อสามารถหมุนได้เพื่อเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ เครื่องยนต์ปลาหมึกประหยัดมาก สามารถทำความเร็วได้ถึง 60 - 70 กม./ชม. (นักวิจัยบางคนเชื่อว่าสูงถึง 150 กม./ชม.!) ไม่น่าแปลกใจเลยที่ปลาหมึกถูกเรียกว่า "ตอร์ปิโดที่มีชีวิต" โดยการงอหนวดที่มัดไว้ไปทางขวา ซ้าย ขึ้นหรือลง ปลาหมึกจะหันไปทางใดทางหนึ่ง เนื่องจากพวงมาลัยดังกล่าวมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับตัวสัตว์ การเคลื่อนไหวเพียงเล็กน้อยก็เพียงพอสำหรับปลาหมึกแม้จะใช้ความเร็วเต็มที่ก็สามารถหลบเลี่ยงการชนกับสิ่งกีดขวางได้อย่างง่ายดาย การหมุนพวงมาลัยอย่างแหลมคม - และนักว่ายน้ำก็รีบไปในทิศทางตรงกันข้าม เขาจึงงอปลายกรวยไปด้านหลังแล้วจึงเลื่อนศีรษะไปก่อน เขางอมันไปทางขวา - และเครื่องบินเจ็ทก็ผลักเขาไปทางซ้าย แต่เมื่อคุณต้องการว่ายน้ำอย่างรวดเร็ว กรวยจะยื่นออกมาระหว่างหนวดเสมอ และปลาหมึกจะวิ่งหางก่อน เช่นเดียวกับกุ้งเครย์ฟิชวิ่ง - ผู้เดินเร็วมีความคล่องตัวเหมือนนักแข่ง

หากไม่จำเป็นต้องเร่งรีบปลาหมึกและปลาหมึกจะว่ายน้ำโดยมีครีบเป็นลูกคลื่น - คลื่นขนาดเล็กไหลผ่านพวกมันจากด้านหน้าไปด้านหลังและสัตว์ก็เหินอย่างสง่างามบางครั้งก็ดันตัวเองด้วยกระแสน้ำที่ถูกโยนออกมาจากใต้เสื้อคลุม จากนั้นแรงกระแทกแต่ละตัวที่หอยได้รับในขณะที่พ่นน้ำจะมองเห็นได้ชัดเจน ปลาหมึกบางชนิดสามารถเข้าถึงความเร็วได้ถึงห้าสิบห้ากิโลเมตรต่อชั่วโมง ดูเหมือนว่าไม่มีใครทำการวัดโดยตรง แต่สามารถตัดสินได้จากความเร็วและระยะการบินของปลาหมึกบิน และปรากฎว่าปลาหมึกมีความสามารถเช่นนี้ในครอบครัว! นักบินที่ดีที่สุดในบรรดาหอยคือ Stenoteuthis ปลาหมึก ลูกเรือชาวอังกฤษเรียกมันว่าปลาหมึกบิน (“ปลาหมึกบิน”) นี่เป็นสัตว์ตัวเล็กขนาดเท่าปลาเฮอริ่ง มันไล่ล่าปลาด้วยความเร็วจนมักจะกระโดดขึ้นจากน้ำ โฉบเหนือผิวน้ำเหมือนลูกศร เขาใช้เคล็ดลับนี้เพื่อช่วยชีวิตเขาจากสัตว์นักล่า - ปลาทูน่าและปลาแมคเคอเรล หลังจากพัฒนาแรงขับเจ็ทสูงสุดในน้ำแล้ว ปลาหมึกนักบินก็บินขึ้นไปในอากาศและบินข้ามคลื่นเป็นระยะทางมากกว่าห้าสิบเมตร สุดยอดของการบินของจรวดที่มีชีวิตอยู่สูงเหนือน้ำจนปลาหมึกบินมักจะไปจบลงบนดาดฟ้าเรือเดินทะเล สี่ถึงห้าเมตรไม่ใช่ความสูงเป็นประวัติการณ์ที่ปลาหมึกจะลอยขึ้นสู่ท้องฟ้า บางครั้งพวกเขาก็บินได้สูงกว่านี้อีก

ดร. รีส นักวิจัยหอยชาวอังกฤษอธิบายไว้ในบทความทางวิทยาศาสตร์ว่าปลาหมึก (ยาวเพียง 16 เซนติเมตร) ซึ่งเมื่อบินไปในอากาศเป็นระยะทางพอสมควรก็ตกลงบนสะพานเรือยอชท์ซึ่งสูงขึ้นเหนือน้ำเกือบเจ็ดเมตร

มันเกิดขึ้นที่ปลาหมึกบินจำนวนมากตกลงบนเรือเป็นน้ำตกที่ส่องประกายระยิบระยับ นักเขียนโบราณ Trebius Niger เคยเล่าเรื่องราวที่น่าเศร้าเกี่ยวกับเรือลำหนึ่งที่ถูกกล่าวหาว่าจมลงด้วยน้ำหนักของปลาหมึกบินที่ตกลงบนดาดฟ้าเรือ ปลาหมึกสามารถบินขึ้นได้โดยไม่ต้องเร่งความเร็ว

ปลาหมึกยักษ์ก็บินได้ นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส Jean Verani เห็นว่าปลาหมึกยักษ์ธรรมดาเร่งความเร็วในตู้ปลาได้อย่างไร และจู่ๆ ก็กระโดดขึ้นจากน้ำไปข้างหลัง หลังจากบรรยายถึงส่วนโค้งที่ยาวประมาณห้าเมตรในอากาศ เขาก็กลับเข้าไปในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ เมื่อเพิ่มความเร็วในการกระโดด ปลาหมึกยักษ์ไม่เพียงเคลื่อนที่เนื่องจากแรงผลักดันเท่านั้น แต่ยังพายเรือด้วยหนวดอีกด้วย
แน่นอนว่าปลาหมึกยักษ์ว่ายน้ำแย่กว่าปลาหมึก แต่ในช่วงเวลาวิกฤติ พวกมันสามารถแสดงสถิติของนักวิ่งที่เก่งที่สุดได้ เจ้าหน้าที่พิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำแคลิฟอร์เนียพยายามถ่ายภาพปลาหมึกที่กำลังโจมตีปู ปลาหมึกยักษ์รีบไปหาเหยื่อด้วยความเร็วจนฟิล์มแม้จะถ่ายทำด้วยความเร็วสูงสุด แต่ก็ยังมีจาระบีอยู่เสมอ ซึ่งหมายความว่าการขว้างกินเวลาเป็นร้อยวินาที! โดยปกติแล้ว หมึกยักษ์จะว่ายค่อนข้างช้า Joseph Seinl ผู้ศึกษาการอพยพของปลาหมึกยักษ์ คำนวณว่า ปลาหมึกยักษ์ขนาดครึ่งเมตรว่ายผ่านทะเลด้วยความเร็วเฉลี่ยประมาณ 15 กิโลเมตรต่อชั่วโมง น้ำแต่ละสายที่ถูกโยนออกจากกรวยจะดันไปข้างหน้า (หรือค่อนข้างจะถอยหลังเนื่องจากปลาหมึกยักษ์ว่ายไปข้างหลัง) เป็นระยะทางสองถึงสองเมตรครึ่ง

การเคลื่อนที่ของไอพ่นยังสามารถพบได้ในโลกของพืช ตัวอย่างเช่นผลไม้สุกของ "แตงกวาบ้า" ด้วยการสัมผัสเพียงเล็กน้อยกระเด็นออกจากก้านและของเหลวเหนียวที่มีเมล็ดจะถูกโยนออกจากหลุมที่เกิดขึ้นอย่างแรง แตงกวาบินไปในทิศทางตรงกันข้ามสูงถึง 12 เมตร

เมื่อรู้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมแล้ว คุณสามารถเปลี่ยนความเร็วในการเคลื่อนที่ของคุณเองในที่โล่งได้ หากคุณอยู่ในเรือและมีก้อนหินหนักหลายก้อน การขว้างก้อนหินไปในทิศทางที่กำหนดจะทำให้คุณเคลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งเดียวกันจะเกิดขึ้นในอวกาศ แต่ที่นั่นพวกเขาใช้เครื่องยนต์ไอพ่นเพื่อสิ่งนี้

ทุกคนรู้ดีว่ากระสุนจากปืนนั้นมาพร้อมกับการหดตัว ถ้าน้ำหนักกระสุนเท่ากับน้ำหนักปืน พวกมันก็จะบินออกจากกันด้วยความเร็วเท่ากัน การหดตัวเกิดขึ้นเนื่องจากมวลของก๊าซที่ถูกปล่อยออกมาจะสร้างแรงปฏิกิริยา ซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงการเคลื่อนไหวทั้งในอากาศและในพื้นที่ที่ไม่มีอากาศ และยิ่งมวลและความเร็วของก๊าซที่ไหลมากเท่าไร แรงถีบกลับของไหล่ของเราก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ปฏิกิริยาของปืนก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น แรงปฏิกิริยาก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

การประยุกต์ระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นในเทคโนโลยี

เป็นเวลาหลายศตวรรษแล้วที่มนุษยชาติใฝ่ฝันที่จะได้บินในอวกาศ นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ได้เสนอวิธีการต่างๆ มากมายเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ในศตวรรษที่ 17 เรื่องราวของนักเขียนชาวฝรั่งเศส Cyrano de Bergerac เกี่ยวกับการบินไปดวงจันทร์ปรากฏขึ้น พระเอกของเรื่องนี้ไปถึงดวงจันทร์ด้วยเกวียนเหล็กซึ่งเขาขว้างแม่เหล็กอันแรงกล้าอยู่ตลอดเวลา เกวียนนั้นดึงดูดเขาให้สูงขึ้นเรื่อยๆ เหนือพื้นโลกจนกระทั่งไปถึงดวงจันทร์ และบารอน Munchausen กล่าวว่าเขาปีนขึ้นไปบนดวงจันทร์ตามก้านถั่ว

ในตอนท้ายของสหัสวรรษแรก จีนได้คิดค้นระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นซึ่งขับเคลื่อนจรวด - หลอดไม้ไผ่ที่เต็มไปด้วยดินปืน พวกมันยังถูกใช้เพื่อความสนุกสนานอีกด้วย หนึ่งในโครงการรถยนต์แรกๆ ก็คือเครื่องยนต์ไอพ่นเช่นกัน และโครงการนี้เป็นของนิวตัน

ผู้เขียนโครงการเครื่องบินเจ็ตโครงการแรกของโลกที่มีไว้สำหรับการบินของมนุษย์คือ N.I. คิบาลชิช. เขาถูกประหารชีวิตเมื่อวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2424 จากการมีส่วนร่วมในการพยายามลอบสังหารจักรพรรดิอเล็กซานเดอร์ที่ 2 เขาพัฒนาโครงการของเขาในคุกหลังจากถูกตัดสินประหารชีวิต Kibalchich เขียนว่า: “ขณะอยู่ในคุก ไม่กี่วันก่อนที่ฉันจะเสียชีวิต ฉันกำลังเขียนโครงการนี้ ฉันเชื่อในความเป็นไปได้ของความคิดของฉัน และความศรัทธานี้สนับสนุนฉันในสถานการณ์ที่เลวร้ายของฉัน... ฉันจะเผชิญกับความตายอย่างสงบ โดยรู้ว่าความคิดของฉันจะไม่ตายไปพร้อมกับฉัน”

แนวคิดในการใช้จรวดสำหรับการบินอวกาศถูกเสนอเมื่อต้นศตวรรษนี้โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ในปี 1903 บทความของครูโรงยิม Kaluga K.E. ปรากฏในสิ่งพิมพ์ Tsiolkovsky "การสำรวจอวกาศโลกโดยใช้เครื่องมือที่มีปฏิกิริยา" งานนี้มีสมการทางคณิตศาสตร์ที่สำคัญที่สุดสำหรับอวกาศ ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ "สูตร Tsiolkovsky" ซึ่งอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีมวลแปรผัน ต่อจากนั้นเขาได้พัฒนาการออกแบบเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว เสนอการออกแบบจรวดแบบหลายขั้นตอน และแสดงแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการสร้างเมืองอวกาศทั้งหมดในวงโคจรโลกต่ำ เขาแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์เดียวที่สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้คือจรวดนั่นคือ อุปกรณ์ที่มีเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ที่อยู่บนตัวอุปกรณ์

เครื่องยนต์ไอพ่นเป็นเครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงให้เป็นพลังงานจลน์ของไอพ่นก๊าซ ในขณะที่เครื่องยนต์ได้รับความเร็วในทิศทางตรงกันข้าม

แนวคิดของ K.E. Tsiolkovsky ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียตภายใต้การนำของนักวิชาการ Sergei Pavlovich Korolev ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกในประวัติศาสตร์เปิดตัวด้วยจรวดในสหภาพโซเวียตเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 2500

หลักการของการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นพบการใช้งานจริงในวงกว้างในการบินและอวกาศ ในอวกาศไม่มีตัวกลางที่ร่างกายสามารถโต้ตอบได้ และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนทิศทางและขนาดของความเร็ว ดังนั้น มีเพียงเครื่องบินเจ็ตเท่านั้น เช่น จรวด เท่านั้นที่สามารถใช้สำหรับการบินอวกาศได้

อุปกรณ์จรวด

การเคลื่อนที่ของจรวดเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม หาก ณ จุดใดจุดหนึ่งวัตถุใดถูกโยนออกจากจรวด ก็จะได้รับแรงกระตุ้นเดียวกัน แต่พุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

จรวดใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบมักจะมีเปลือกและเชื้อเพลิงที่มีตัวออกซิไดเซอร์เสมอ เปลือกจรวดประกอบด้วยน้ำหนักบรรทุก (ในกรณีนี้คือยานอวกาศ) ห้องอุปกรณ์ และเครื่องยนต์ (ห้องเผาไหม้ ปั๊ม ฯลฯ)

มวลหลักของจรวดคือเชื้อเพลิงที่มีตัวออกซิไดเซอร์ (จำเป็นต้องใช้ตัวออกซิไดเซอร์เพื่อรักษาการเผาไหม้เชื้อเพลิงเนื่องจากไม่มีออกซิเจนในอวกาศ)

เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้โดยใช้ปั๊ม เชื้อเพลิงเมื่อเผาไหม้จะกลายเป็นก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูง เนื่องจากความแตกต่างของความดันอย่างมากในห้องเผาไหม้และในอวกาศ ก๊าซจากห้องเผาไหม้จึงพุ่งออกมาเป็นไอพ่นอันทรงพลังผ่านช่องเสียบรูปทรงพิเศษที่เรียกว่าหัวฉีด วัตถุประสงค์ของหัวฉีดคือเพื่อเพิ่มความเร็วของเจ็ท

ก่อนที่จรวดจะปล่อย โมเมนตัมของมันจะเป็นศูนย์ อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของก๊าซในห้องเผาไหม้และส่วนอื่น ๆ ทั้งหมดของจรวด ก๊าซที่หลบหนีผ่านหัวฉีดจะได้รับแรงกระตุ้นบางอย่าง จรวดเป็นระบบปิด และโมเมนตัมรวมของมันจะต้องเป็นศูนย์หลังการปล่อย ดังนั้นเปลือกจรวดทั้งหมดที่อยู่ในนั้นจะได้รับแรงกระตุ้นที่มีขนาดเท่ากันกับแรงกระตุ้นของก๊าซ แต่มีทิศทางตรงกันข้าม

ส่วนที่ใหญ่ที่สุดของจรวดซึ่งมีไว้สำหรับการเปิดตัวและการเร่งความเร็วของจรวดทั้งหมดเรียกว่าระยะแรก เมื่อจรวดขนาดใหญ่ระยะแรกหลายขั้นใช้เชื้อเพลิงสำรองทั้งหมดหมดในระหว่างการเร่งความเร็ว มันจะแยกตัวออกจากกัน การเร่งความเร็วต่อไปจะดำเนินต่อไปในขั้นที่สอง ซึ่งมีมวลน้อยกว่า และจะเพิ่มความเร็วให้กับความเร็วที่ทำได้ก่อนหน้านี้ด้วยความช่วยเหลือของขั้นแรก จากนั้นจึงแยกออกจากกัน ขั้นตอนที่สามยังคงเพิ่มความเร็วต่อไปตามค่าที่ต้องการและส่งน้ำหนักบรรทุกขึ้นสู่วงโคจร

บุคคลแรกที่บินในอวกาศคือพลเมืองของสหภาพโซเวียต ยูริ อเล็กเซวิช กาการิน 12 เมษายน 2504 เขาโคจรรอบโลกด้วยดาวเทียมวอสตอค

จรวดของโซเวียตเป็นจรวดกลุ่มแรกที่ไปถึงดวงจันทร์ โคจรรอบดวงจันทร์และถ่ายภาพด้านที่มองไม่เห็นจากโลก และเป็นจรวดกลุ่มแรกที่ไปถึงดาวศุกร์และส่งเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ขึ้นสู่พื้นผิว ในปี พ.ศ. 2529 ยานอวกาศโซเวียตสองลำ เวกา 1 และเวกา 2 ได้สำรวจดาวหางฮัลเลย์อย่างใกล้ชิด ซึ่งเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ทุกๆ 76 ปี