ما هي الحركة التفاعلية في الفيزياء. تاريخ تطور تكنولوجيا الطائرات النفاثة

سنتناول في هذا القسم حركة الأجسام ذات الكتلة المتغيرة. غالبًا ما يوجد هذا النوع من الحركة في الطبيعة وفي الأنظمة التقنية. ومن الأمثلة على ذلك يمكننا أن نذكر:

سقوط قطرة متبخرة؛

حركة جبل جليدي ذائب على سطح المحيط؛

حركة الحبار أو قنديل البحر.

رحلة صاروخية.

أدناه سوف نشتق معادلة تفاضلية بسيطة تصف حركة جسم متغير الكتلة، مع الأخذ في الاعتبار طيران الصاروخ.

المعادلة التفاضلية للدفع النفاث

يعتمد الدفع النفاث على قانون نيوتن الثالث والتي بموجبها "قوة الفعل مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه لقوة رد الفعل". تخلق الغازات الساخنة المتسربة من فوهة الصاروخ قوة عمل. تسمى قوة رد الفعل التي تعمل في الاتجاه المعاكس قوة الجر. هذه القوة هي التي تضمن تسارع الصاروخ.

دع الكتلة الأولية للصاروخ تكون \(m,\) وسرعته الأولية \(v.\) بعد مرور بعض الوقت \(dt\)، ستنخفض كتلة الصاروخ بمقدار \(dm\) كما نتيجة احتراق الوقود. سيؤدي هذا إلى زيادة سرعة الصاروخ بمقدار \(dv.\) تطبيق قانون الحفاظ على الزخم لنظام "الصاروخ + تدفق الغاز". في اللحظة الأولية من الزمن، يكون زخم النظام \(mv.\) وبعد فترة قصيرة \(dt\)، سيكون زخم الصاروخ \[(p_1) = \left((m - dm) \right)\left((v + dv) \right),\] وسيكون الزخم المرتبط بغازات العادم في نظام الإحداثيات بالنسبة للأرض مساوياً لـ \[(p_2) = dm\left((v - u) \يمين)،\] حيث \(u\) - معيار تدفق الجاز نسبة إلى الأرض. وهنا أخذنا في الاعتبار أن سرعة تدفق الغاز موجهة في الاتجاه المعاكس لسرعة الصاروخ (الشكل \(1\)). لذلك، توجد علامة ناقص أمام \(u\).

وفقًا لقانون حفظ الزخم الكلي للنظام، يمكننا كتابة: \[ (p = (p_1) + (p_2)،)\;\; (\Rightarrow mv = \left((m - dm) \right)\left((v + dv) \right) + dm\left((v - u) \right).) \]

رسم بياني 1

بتحويل هذه المعادلة، نحصل على: \[\require(cancel) \cancel(\color(blue)(mv)) = \cancel(\color(blue)(mv)) - \cancel(\color(red)(vdm) ) ) + mdv - dmdv + \cancel(\color(red)(vdm)) - udm. \] في المعادلة الأخيرة، يمكن إهمال المصطلح \(dmdv,\) عند النظر في التغيرات الصغيرة في هذه الكميات. ونتيجة لذلك ستكتب المعادلة على الصورة \ قسّم الطرفين على \(dt,\) لتحويل المعادلة إلى الصورة قانون نيوتن الثاني :\ وتسمى هذه المعادلة المعادلة التفاضلية للحركة النفاثة . الجانب الأيمن من المعادلة هو قوة الجر\(T:\) \ من الصيغة الناتجة يتضح أن قوة الجر متناسبة معدلات تدفق الغاز و معدل احتراق الوقود . وبطبيعة الحال، تصف هذه المعادلة التفاضلية الحالة المثالية. لا يأخذ بعين الاعتبار جاذبية و القوة الديناميكية الهوائية . أخذها في الاعتبار يؤدي إلى تعقيد كبير في المعادلة التفاضلية.

صيغة تسيولكوفسكي

إذا قمنا بدمج المعادلة التفاضلية المشتقة أعلاه، نحصل على اعتماد سرعة الصاروخ على كتلة الوقود المحترق. تسمى الصيغة الناتجة معادلة الدفع النفاث المثالية أو صيغة تسيولكوفسكي ، الذي أخرجه سنة \(1897\) سنة.

للحصول على الصيغة المشار إليها، من المناسب إعادة كتابة المعادلة التفاضلية بالشكل التالي: \ بفصل المتغيرات والتكامل نجد: \[ (dv = u\frac((dm))(m),)\;\ ; (\Rightarrow \int\limits_((v_0))^((v_1)) (dv) = \int\limits_((m_0))^((m_1)) (u\frac((dm))(m)) .) \] لاحظ أن \(dm\) يدل على انخفاض في الكتلة. لذلك نأخذ الزيادة \(dm\) بإشارة سالبة. ونتيجة لذلك، تأخذ المعادلة الشكل: \[ (\left. v \right|_((v_0))^((v_1)) = - u\left. (\left((\ln m) \right) ) \يمين |_((m_0))^((m_1)),)\;\; (\Rightarrow (v_1) - (v_0) = u\ln \frac(((m_0)))(((m_1))).) \] حيث \((v_0)\) و \((v_1)\) هي السرعة الأولية والنهائية للصاروخ، و\((m_0)\) و \((m_1)\) هما الكتلة الأولية والنهائية للصاروخ، على التوالي.

وبافتراض \((v_0) = 0,\) حصلنا على الصيغة التي اشتقها تسيولكوفسكي: \ تحدد هذه الصيغة سرعة الصاروخ اعتماداً على التغير في كتلته مع احتراق الوقود. باستخدام هذه الصيغة، يمكنك تقدير كمية الوقود المطلوبة تقريبًا لتسريع الصاروخ إلى سرعة معينة.

تساعد قوانين نيوتن في تفسير ظاهرة ميكانيكية مهمة جدًا - الدفع النفاث. هذا هو الاسم الذي يطلق على حركة الجسم التي تحدث عندما ينفصل جزء منه عنه بأي سرعة.

لنأخذ، على سبيل المثال، كرة مطاطية للأطفال وننفخها ثم نطلقها. سنرى أنه عندما يبدأ الهواء بالخروج منه في اتجاه واحد، فإن الكرة نفسها سوف تطير في الاتجاه الآخر. هذه حركة رد الفعل.

ويتحرك بعض ممثلي عالم الحيوان وفق مبدأ الدفع النفاث، مثل الحبار والأخطبوطات. من خلال التخلص بشكل دوري من الماء الذي تمتصه، فإنها قادرة على الوصول إلى سرعات تصل إلى 60-70 كم / ساعة. تتحرك قنديل البحر والحبار وبعض الحيوانات الأخرى بطريقة مماثلة.

يمكن أيضًا العثور على أمثلة للدفع النفاث في عالم النبات. على سبيل المثال، ترتد ثمار الخيار "المجنون" الناضجة من الساق بأدنى لمسة ويتم طرد السائل المرير بالبذور بقوة من الحفرة التي تشكلت في موقع الساق المنفصلة؛ الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس.

يمكن ملاحظة الحركة التفاعلية التي تحدث عند إطلاق الماء في التجربة التالية. صب الماء في قمع زجاجي متصل بأنبوب مطاطي بطرف على شكل حرف L (الشكل 20). سنرى أنه عندما يبدأ الماء بالتدفق خارج الأنبوب، سيبدأ الأنبوب نفسه بالتحرك والانحراف في الاتجاه المعاكس لاتجاه تدفق الماء.

تعتمد الرحلات الجوية على مبدأ الدفع النفاث صواريخ. الصاروخ الفضائي الحديث عبارة عن طائرة معقدة للغاية تتكون من مئات الآلاف والملايين من الأجزاء. كتلة الصاروخ هائلة. وتتكون من كتلة السائل العامل (أي الغازات الساخنة التي تتشكل نتيجة احتراق الوقود وتنبعث على شكل تيار نفاث) والكتلة النهائية أو، كما يقولون، "الجافة" للصاروخ المتبقية بعد يتم إخراج سائل العمل من الصاروخ.

وتتكون الكتلة "الجافة" للصاروخ بدورها من كتلة الهيكل (أي قذيفة الصاروخ ومحركاته ونظام التحكم فيه) وكتلة الحمولة (أي المعدات العلمية، وجسم المركبة الفضائية التي يتم إطلاقها في المدار) والطاقم ونظام دعم الحياة للسفينة).

مع انتهاء صلاحية سائل العمل، تبدأ الخزانات المحررة والأجزاء الزائدة من القذيفة وما إلى ذلك في تحميل الصاروخ بحمولة غير ضرورية، مما يجعل من الصعب تسريعه. لذلك، لتحقيق السرعات الكونية، يتم استخدام الصواريخ المركبة (أو متعددة المراحل) (الشكل 21). في البداية، تعمل كتل المرحلة الأولى فقط في مثل هذه الصواريخ، وعندما ينفد احتياطي الوقود فيها، يتم فصلها وتشغيل المرحلة الثانية 2؛ وبعد نفاد الوقود الموجود فيه يتم فصله أيضًا وتشغيل المرحلة الثالثة 3. ويتم تغطية القمر الصناعي أو أي مركبة فضائية أخرى موجودة في رأس الصاروخ بغطاء رأس 4 يساعد شكله الانسيابي على تقليل مقاومة الهواء عند تحليق الصاروخ في الغلاف الجوي للأرض.

عندما يتم إخراج تيار من الغاز من صاروخ بسرعة عالية، يندفع الصاروخ نفسه في الاتجاه المعاكس. لماذا يحدث هذا؟

وفقًا لقانون نيوتن الثالث، فإن القوة F التي يؤثر بها الصاروخ على مائع التشغيل تساوي في الحجم وتعاكس في الاتجاه القوة F" التي يؤثر بها مائع التشغيل على جسم الصاروخ:

تعمل القوة F" (والتي تسمى القوة التفاعلية) على تسريع الصاروخ.

ويترتب على المساواة (10.1) أن الدفعة المنقولة إلى الجسم تساوي ناتج القوة وزمن عملها. ولذلك، فإن القوى المتساوية المؤثرة في نفس الوقت تعطي نبضات متساوية للأجسام. في هذه الحالة، يجب أن يتوافق النبض m p v p الذي اكتسبه الصاروخ مع نبض m الغاز v الغاز للغازات المقذوفة:

م Р v Р = م غاز ضد غاز

ويترتب على ذلك سرعة الصاروخ

دعونا نحلل التعبير الناتج. نرى أن سرعة الصاروخ أكبر، وكلما زادت سرعة الغازات المنبعثة وزادت نسبة كتلة السائل العامل (أي كتلة الوقود) إلى الكتلة النهائية ("الجافة") للصاروخ. الصاروخ.

الصيغة (12.2) تقريبية. ولا يأخذ في الاعتبار أنه مع احتراق الوقود، تصبح كتلة الصاروخ الطائر أقل فأقل. تم الحصول على الصيغة الدقيقة لسرعة الصاروخ لأول مرة في عام 1897 من قبل K. E. Tsiolkovsky وبالتالي تحمل اسمه.

تسمح لك صيغة Tsiolkovsky بحساب احتياطيات الوقود اللازمة لنقل سرعة صاروخية معينة. يوضح الجدول 3 نسبة الكتلة الأولية للصاروخ m0 إلى كتلته النهائية m، بما يتوافق مع السرعات المختلفة للصاروخ عند سرعة نفث الغاز (بالنسبة للصاروخ) v = 4 كم/ثانية.

على سبيل المثال، لنقل سرعة إلى صاروخ تتجاوز سرعة تدفق الغاز بمقدار 4 مرات (v p = 16 كم/ثانية)، من الضروري أن تتجاوز الكتلة الأولية للصاروخ (بما في ذلك الوقود) الكتلة النهائية ("الجافة") كتلة الصاروخ بمقدار 55 مرة (م0 /م = 55). وهذا يعني أن حصة الأسد من الكتلة الإجمالية للصاروخ عند الإطلاق يجب أن تكون كتلة الوقود. وبالمقارنة، ينبغي أن تكون للحمولة كتلة صغيرة جدًا.

تم تقديم مساهمة مهمة في تطوير نظرية الدفع النفاث من قبل العالم الروسي المعاصر K. E. Tsiolkovsky I. V. Meshchersky (1859-1935). سميت معادلة حركة الجسم ذو الكتلة المتغيرة باسمه.

1. ما هو الدفع النفاث؟ أعط أمثلة. 2. في التجربة الموضحة في الشكل 22، عندما يتدفق الماء عبر أنابيب منحنية، يدور الدلو في الاتجاه الذي يشير إليه السهم. اشرح هذه الظاهرة. 3. ما الذي يحدد السرعة التي يكتسبها الصاروخ بعد احتراق الوقود؟

وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي
FGOU SPO "كلية البناء بيرفوزسكي"
مقال
تأديب:
الفيزياء
موضوع: الدفع النفاث

مكتمل:
طالب
المجموعات 1-121
أوكونيفا ألينا
التحقق:
P. L. فينيامينوفنا

مدينة بيرفوز
2011
محتوى:

مقدمة: ما هو الدفع النفاث ………………………………………………………………………………………
قانون الحفاظ على الزخم ............................................................................ 4
تطبيقات الدفع النفاث في الطبيعة ...........................5
تطبيقات الدفع النفاث في التكنولوجيا……………………………….6
الدفع النفاث “صاروخ عابر للقارات”………………………7
الأساس المادي لتشغيل المحرك النفاث..................... .................... 8
تصنيف المحركات النفاثة ومميزات استخدامها ………………………………………………………………………………………………………….9
مميزات تصميم وإنشاء الطائرة .....10
الخلاصة ……………………………………………………………………….11
قائمة المراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………..12

"الدفع النفاث"
الحركة التفاعلية هي حركة الجسم الناتجة عن انفصال جزء منه عنه بسرعة معينة. يتم وصف الحركة النفاثة على أساس قانون الحفاظ على الزخم.
الدفع النفاث، المستخدم الآن في الطائرات والصواريخ والمركبات الفضائية، هو سمة من سمات الأخطبوطات والحبار والحبار وقناديل البحر - جميعهم، دون استثناء، يستخدمون رد الفعل (الارتداد) لتيار الماء المقذوف للسباحة.
يمكن أيضًا العثور على أمثلة للدفع النفاث في عالم النبات.
في بلدان الجنوب ينمو نبات يسمى "الخيار المجنون". بمجرد أن تلمس ثمرة ناضجة، تشبه الخيار، بخفة، فإنها ترتد عن الساق، ومن خلال الثقب الناتج، يطير السائل الذي يحتوي على البذور من الفاكهة مثل النافورة بسرعة تصل إلى 10 م/ث.

الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس. يطلق الخيار المجنون (المعروف أيضًا باسم "مسدس السيدات") النار على مسافة تزيد عن 12 مترًا.

"قانون الحفاظ على الزخم"
في النظام المغلق، يظل المجموع المتجه لنبضات جميع الأجسام الموجودة في النظام ثابتًا لأي تفاعلات بين أجسام هذا النظام مع بعضها البعض.
يسمى هذا القانون الأساسي للطبيعة قانون الحفاظ على الزخم. إنها نتيجة لقانون نيوتن الثاني والثالث. دعونا نفكر في جسمين متفاعلين يشكلان جزءًا من نظام مغلق.
ونرمز إلى قوى التفاعل بين هذه الأجسام حسب قانون نيوتن الثالث وإذا تفاعلت هذه الأجسام خلال الزمن t فإن نبضات قوى التفاعل متساوية في الحجم وموجهة في اتجاهين متعاكسين: فلنطبق قانون نيوتن الثاني على هذه الأجسام :

وتعني هذه المساواة أنه نتيجة لتفاعل جسمين، فإن زخمهما الإجمالي لم يتغير. بالنظر الآن إلى جميع التفاعلات الزوجية المحتملة للأجسام الموجودة في نظام مغلق، يمكننا أن نستنتج أن القوى الداخلية لنظام مغلق لا يمكنها تغيير زخمها الإجمالي، أي المجموع المتجه لزخم جميع الأجسام الموجودة في هذا النظام. يمكن تحقيق انخفاض كبير في كتلة إطلاق الصواريخ باستخدامصواريخ متعددة المراحلعندما تنفصل مراحل الصاروخ مع احتراق الوقود. يتم استبعاد جماهير الحاويات التي تحتوي على الوقود والمحركات المستهلكة وأنظمة التحكم وما إلى ذلك من عملية تسريع الصواريخ اللاحقة، وعلى طول طريق إنشاء صواريخ اقتصادية متعددة المراحل يتطور علم الصواريخ الحديث.

"تطبيق الدفع النفاث في الطبيعة"
يتم استخدام الدفع النفاث بواسطة العديد من الرخويات - الأخطبوطات والحبار والحبار. على سبيل المثال، يتحرك الرخويات البحرية إلى الأمام بسبب القوة التفاعلية لتيار من الماء يتم إلقاؤه من القشرة أثناء الضغط الحاد لصماماته.

أخطبوط
يتحرك الحبار، مثل معظم رأسيات الأرجل، في الماء بالطريقة التالية. إنها تأخذ الماء إلى تجويف الخياشيم من خلال شق جانبي وقمع خاص أمام الجسم، ثم تقوم بقوة بإلقاء تيار من الماء عبر القمع. يوجه الحبار أنبوب القمع إلى الجانب أو الخلف، ويخرج الماء منه بسرعة، ويمكنه التحرك في اتجاهات مختلفة.
السالبا حيوان بحري ذو جسم شفاف، عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم بشكل مائل. بمجرد أن يأخذ الحيوان رشفة كبيرة من الماء، تغلق الحفرة. ثم تنقبض عضلات الصل الطولية والعرضية، وينقبض الجسم كله، ويدفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. رد فعل الطائرة الهاربة يدفع السالبا إلى الأمام. المحرك النفاث للحبار هو الأكثر أهمية. الحبار هو أكبر اللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات. حققت الحبار أعلى مستويات الكمال في الملاحة النفاثة. حتى جسمهم بشكله الخارجي يقلد الصاروخ. بمعرفة قانون الحفاظ على الزخم، يمكنك تغيير سرعة حركتك في الفضاء المفتوح. إذا كنت في قارب وكان لديك عدة أحجار ثقيلة، فإن رمي الحجارة في اتجاه معين سيحركك في الاتجاه المعاكس. سيحدث الشيء نفسه في الفضاء الخارجي، ولكن هناك يستخدمون المحركات النفاثة لهذا الغرض.

"تطبيق الدفع النفاث في التكنولوجيا"
في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد، اخترعت الصين نظام الدفع النفاث، الذي يعمل على تشغيل الصواريخ - أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود، وكانت تستخدم أيضًا للتسلية. أحد مشاريع السيارات الأولى كان أيضًا بمحرك نفاث وكان هذا المشروع ملكًا لنيوتن.
كان مؤلف أول مشروع في العالم لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري هو الثوري الروسي ن. كيبالتشيش. تم إعدامه في 3 أبريل 1881 لمشاركته في محاولة اغتيال الإمبراطور ألكسندر الثاني. وطور مشروعه في السجن بعد الحكم عليه بالإعدام. كتب كيبالتشيش: "أثناء وجودي في السجن، قبل أيام قليلة من وفاتي، أكتب هذا المشروع. أنا أؤمن بجدوى فكرتي، وهذا الإيمان يسندني في وضعي الرهيب.. سأواجه الموت بهدوء، وأنا أعلم أن فكرتي لن تموت معي”.
فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية كانت قد طرحت في بداية هذا القرن من قبل العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي. في عام 1903، ظهرت مقالة مطبوعة لمعلم صالة الألعاب الرياضية في كالوغا K. E.. تسيولكوفسكي "استكشاف مساحات العالم باستخدام الأدوات التفاعلية." وقد احتوى هذا العمل على أهم معادلة رياضية لرواد الفضاء، والمعروفة الآن باسم "صيغة تسيولكوفسكي"، والتي تصف حركة جسم ذي كتلة متغيرة. وبعد ذلك، قام بتطوير تصميم لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل، واقترح تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل، وأعرب عن فكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. وبين أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، أي. جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود على الجهاز نفسه. كانت الصواريخ السوفيتية أول من وصل إلى القمر، ودار حول القمر وصور جانبه غير المرئي من الأرض، وكان أول من وصل إلى كوكب الزهرة وأوصل الأدوات العلمية إلى سطحه. في عام 1986، قامت مركبتان فضائيتان سوفيتيتان، فيجا 1 وفيجا 2، بفحص مذنب هالي عن كثب، والذي يقترب من الشمس مرة كل 76 عامًا.

الدفع النفاث "صاروخ عابر للقارات"
لطالما حلمت البشرية بالسفر إلى الفضاء. اقترح الكتاب - كتاب الخيال العلمي والعلماء والحالمون - مجموعة متنوعة من الوسائل لتحقيق هذا الهدف. لكن لعدة قرون، لم يتمكن أي عالم أو كاتب خيال علمي من اختراع الوسيلة الوحيدة المتاحة للإنسان والتي يمكن من خلالها التغلب على قوة الجاذبية والطيران إلى الفضاء. K. E. Tsiolkovsky هو مؤسس نظرية الرحلات الفضائية.
لأول مرة، أصبح حلم وتطلعات كثير من الناس أقرب إلى الواقع من خلال العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي (1857-1935)، الذي أظهر أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، وقدم لأول مرة دليل علمي على إمكانية استخدام الصاروخ للرحلات إلى الفضاء الخارجي، إلى ما وراء الغلاف الجوي للأرض وإلى كواكب أخرى في النظام الشمسي. أطلق تسويلكوفسكي على الصاروخ اسم جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد عليه.
كما تعلم من دورة الفيزياء، فإن طلقة البندقية تكون مصحوبة بالارتداد. وفقًا لقوانين نيوتن، فإن الرصاصة والمسدس سيطيران في اتجاهين مختلفين بنفس السرعة إذا كان لهما نفس الكتلة. تخلق كتلة الغازات المقذوفة قوة تفاعلية، بفضلها يمكن ضمان الحركة، سواء في الهواء أو في الفضاء الخالي من الهواء، وبالتالي يحدث الارتداد. كلما زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا، زادت كتلة الغازات المتسربة وسرعتها، وبالتالي، كلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل. يتم تفسير هذه الظواهر من خلال قانون الحفاظ على الزخم:
يظل المجموع المتجه (الهندسي) لنبضات الأجسام التي يتكون منها النظام المغلق ثابتًا لأي حركات وتفاعلات لأجسام النظام.
صيغة Tsiolkovsky المقدمة هي الأساس الذي يعتمد عليه الحساب الكامل للصواريخ الحديثة. رقم تسيولكوفسكي هو نسبة كتلة الوقود إلى كتلة الصاروخ عند نهاية تشغيل المحرك - إلى وزن الصاروخ الفارغ.
وهكذا وجدنا أن السرعة القصوى التي يمكن تحقيقها للصاروخ تعتمد في المقام الأول على سرعة تدفق الغاز من الفوهة. ويعتمد معدل تدفق غازات الفوهة بدوره على نوع الوقود ودرجة حرارة نفاث الغاز. وهذا يعني أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت السرعة. ثم بالنسبة لصاروخ حقيقي، تحتاج إلى اختيار الوقود عالي السعرات الحرارية الذي ينتج أكبر قدر من الحرارة. توضح الصيغة أنه، من بين أمور أخرى، تعتمد سرعة الصاروخ على الكتلة الأولية والنهائية للصاروخ، وعلى أي جزء من وزنه يمثل وقودًا، وأي جزء عديم الفائدة (من وجهة نظر سرعة الطيران) الهياكل: الجسم، الآليات، الخ. د.
الاستنتاج الرئيسي من صيغة تسيولكوفسكي لتحديد سرعة الصاروخ الفضائي هو أنه في الفضاء الخالي من الهواء، سيتطور الصاروخ كلما زادت السرعة، وزادت سرعة تدفق الغاز وزاد رقم تسيولكوفسكي.

"الأساس المادي لتشغيل المحرك النفاث"
تعتمد المحركات النفاثة القوية الحديثة بمختلف أنواعها على مبدأ رد الفعل المباشر، أي. مبدأ إنشاء قوة دافعة (أو دفع) في شكل رد فعل (ارتداد) لتيار من "المادة العاملة" يتدفق من المحرك، وعادةً ما تكون الغازات الساخنة. في جميع المحركات هناك عمليتان لتحويل الطاقة. أولا، يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية لمنتجات الاحتراق، ومن ثم يتم استخدام الطاقة الحرارية لأداء الأعمال الميكانيكية. وتشمل هذه المحركات المحركات المكبسية للسيارات وقاطرات الديزل والتوربينات البخارية والغازية لمحطات الطاقة وما إلى ذلك. بعد توليد غازات ساخنة تحتوي على طاقة حرارية كبيرة في المحرك الحراري، يجب تحويل هذه الطاقة إلى طاقة ميكانيكية. بعد كل شيء، تعمل المحركات على أداء العمل الميكانيكي، و"تحريك" شيء ما، ووضعه موضع التنفيذ، بغض النظر عما إذا كان دينامو، إذا طُلب استكماله برسومات محطة توليد الكهرباء، أو قاطرة ديزل، أو سيارة أو مركبة. طائرة. لكي تتحول الطاقة الحرارية للغازات إلى طاقة ميكانيكية، يجب أن يزيد حجمها. مع هذا التوسع، تؤدي الغازات عملا يستهلك طاقتها الداخلية والحرارية.
يمكن أن يكون للفوهة النفاثة أشكال مختلفة، علاوة على ذلك، تصميمات مختلفة حسب نوع المحرك. الشيء الرئيسي هو السرعة التي تتدفق بها الغازات من المحرك. إذا كانت سرعة التدفق هذه لا تتجاوز السرعة التي تنتشر بها الموجات الصوتية في الغازات المتدفقة، فإن الفوهة عبارة عن قسم أسطواني أو مدبب بسيط من الأنبوب. إذا كانت سرعة التدفق الخارجي يجب أن تتجاوز سرعة الصوت، فإن الفوهة تكون على شكل أنبوب متوسع أو تضيق أولاً ثم تتوسع (فوهة لافل). فقط في أنبوب بهذا الشكل، كما تظهر النظرية والتجربة، يمكن تسريع الغاز إلى سرعات تفوق سرعة الصوت وتجاوز "حاجز الصوت".

"تصنيف المحركات النفاثة ومميزات استخدامها"
ومع ذلك، فإن هذا الجذع العظيم، مبدأ رد الفعل المباشر، أدى إلى ولادة تاج ضخم من "شجرة العائلة" لعائلة المحركات النفاثة. للتعرف على الفروع الرئيسية لتاجها الذي يتوج "جذع" رد الفعل المباشر. وسرعان ما، كما ترون من الصورة (انظر أدناه)، ينقسم هذا الجذع إلى قسمين، كما لو تم تقسيمه بضربة صاعقة. تم تزيين كلا الصندوقين الجديدين بالتساوي بتيجان قوية. حدث هذا التقسيم لأن جميع المحركات النفاثة "الكيميائية" تنقسم إلى فئتين اعتمادًا على ما إذا كانت تستخدم الهواء المحيط في تشغيلها أم لا.
في محرك غير ضاغط من نوع آخر، التدفق المباشر، لا توجد حتى شبكة الصمامات هذه ويزداد الضغط في غرفة الاحتراق نتيجة للضغط عالي السرعة، أي. كبح تدفق الهواء القادم الذي يدخل المحرك أثناء الطيران. من الواضح أن مثل هذا المحرك قادر على العمل فقط عندما تطير الطائرة بالفعل بسرعة عالية بما فيه الكفاية، ولن تتطور التوجه عند الوقوف. ولكن بسرعة عالية جدًا، 4-5 أضعاف سرعة الصوت، يطور المحرك النفاث قوة دفع عالية جدًا ويستهلك وقودًا أقل من أي محرك نفاث "كيميائي" آخر في ظل هذه الظروف. لهذا السبب المحركات النفاثة.
إلخ.................

الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا

ملخص عن الفيزياء

الدفع النفاث- الحركة التي تحدث عندما ينفصل أي جزء منه عن الجسم بسرعة معينة.

تحدث القوة التفاعلية دون أي تفاعل مع الأجسام الخارجية.

تطبيق الدفع النفاث في الطبيعة

لقد واجه الكثير منا في حياته قناديل البحر أثناء السباحة في البحر. على أي حال، هناك ما يكفي منهم في البحر الأسود. لكن قلة من الناس يعتقدون أن قناديل البحر تستخدم أيضًا الدفع النفاث للتحرك. بالإضافة إلى ذلك، تتحرك يرقات اليعسوب وبعض أنواع العوالق البحرية. وفي كثير من الأحيان تكون كفاءة الحيوانات اللافقارية البحرية عند استخدام الدفع النفاث أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التكنولوجية.

يتم استخدام الدفع النفاث بواسطة العديد من الرخويات - الأخطبوطات والحبار والحبار. على سبيل المثال، يتحرك الرخويات البحرية إلى الأمام بسبب القوة التفاعلية لتيار من الماء يتم إلقاؤه من القشرة أثناء الضغط الحاد لصماماته.

أخطبوط

الحبار

يتحرك الحبار، مثل معظم رأسيات الأرجل، في الماء بالطريقة التالية. إنها تأخذ الماء إلى تجويف الخياشيم من خلال شق جانبي وقمع خاص أمام الجسم، ثم تقوم بقوة بإلقاء تيار من الماء عبر القمع. يوجه الحبار أنبوب القمع إلى الجانب أو الخلف، ويخرج الماء منه بسرعة، ويمكنه التحرك في اتجاهات مختلفة.

السالبا حيوان بحري ذو جسم شفاف، عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم بشكل مائل. بمجرد أن يأخذ الحيوان رشفة كبيرة من الماء، تغلق الحفرة. ثم تنقبض عضلات الصل الطولية والعرضية، وينقبض الجسم كله، ويدفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. رد فعل الطائرة الهاربة يدفع السالبا إلى الأمام.

المحرك النفاث للحبار هو الأكثر أهمية. الحبار هو أكبر اللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات. حققت الحبار أعلى مستويات الكمال في الملاحة النفاثة. حتى أجسادهم بأشكالها الخارجية تقلد الصاروخ (أو بالأحرى الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن له الأولوية في هذا الأمر بلا منازع). عندما يتحرك الحبار ببطء، يستخدم زعنفة كبيرة على شكل ماسة تنحني بشكل دوري. ويستخدم محرك نفاث للرمي بسرعة. الأنسجة العضلية - يحيط الوشاح بجسم الرخويات من جميع الجوانب، ويبلغ حجم تجويفها نصف حجم جسم الحبار تقريبًا. يمتص الحيوان الماء داخل تجويف الوشاح، ثم يرمي فجأة تيارًا من الماء من خلال فوهة ضيقة ويتحرك للخلف بدفعات عالية السرعة. في الوقت نفسه، يتم جمع جميع مخالب الحبار العشرة في عقدة فوق رأسه، ويأخذ شكلا مبسطا. تم تجهيز الفوهة بصمام خاص، ويمكن للعضلات تدويره، وتغيير اتجاه الحركة. محرك الحبار اقتصادي للغاية، فهو قادر على الوصول إلى سرعات تصل إلى 60 - 70 كم / ساعة. (يعتقد بعض الباحثين أنه حتى تصل سرعته إلى 150 كم/ساعة!) فلا عجب أن يُطلق على الحبار اسم "الطوربيد الحي". من خلال ثني المجسات المجمعة إلى اليمين أو اليسار أو لأعلى أو لأسفل، يتحول الحبار في اتجاه أو آخر. نظرًا لأن عجلة القيادة هذه كبيرة جدًا مقارنة بالحيوان نفسه، فإن حركتها الطفيفة تكفي للحبار، حتى بأقصى سرعة، لتفادي الاصطدام بالعائق بسهولة. انعطاف حاد لعجلة القيادة - واندفع السباح في الاتجاه المعاكس. لذلك قام بثني نهاية القمع للخلف والآن ينزلق رأسه أولاً. لقد ثنيه إلى اليمين - وألقته الدفعة النفاثة إلى اليسار. ولكن عندما تحتاج إلى السباحة بسرعة، فإن القمع يبرز دائمًا مباشرة بين اللوامس، ويندفع الحبار بذيله أولاً، تمامًا كما يركض جراد البحر - وهو ماشي سريع يتمتع بخفة حركة المتسابق.

إذا لم تكن هناك حاجة للاندفاع، فإن الحبار والحبار يسبحان بزعانف متموجة - تمر فوقهما موجات مصغرة من الأمام إلى الخلف، وينزلق الحيوان برشاقة، ويدفع نفسه أحيانًا أيضًا بتيار من الماء يتم إلقاؤه من تحت الوشاح. ثم تكون الصدمات الفردية التي يتلقاها الرخويات في وقت انفجار نفاثات المياه مرئية بوضوح. يمكن أن تصل سرعة بعض رأسيات الأرجل إلى خمسة وخمسين كيلومترًا في الساعة. ويبدو أنه لم يقم أحد بإجراء قياسات مباشرة، ولكن يمكن الحكم على ذلك من خلال سرعة الحبار الطائر ومدى طيرانه. واتضح أن الأخطبوطات لديها مثل هذه المواهب في عائلتها! أفضل طيار بين الرخويات هو الحبار Stenoteuthis. يطلق عليه البحارة الإنجليز اسم الحبار الطائر ("الحبار الطائر"). هذا حيوان صغير بحجم سمكة الرنجة. فهو يطارد الأسماك بسرعة كبيرة لدرجة أنه غالبًا ما يقفز خارج الماء، ويمرر فوق سطحه مثل السهم. يلجأ إلى هذه الحيلة لإنقاذ حياته من الحيوانات المفترسة - سمك التونة والماكريل. بعد أن طور الحبار الطيار أقصى قوة دفع في الماء، ينطلق في الهواء ويطير فوق الأمواج لأكثر من خمسين مترًا. تقع ذروة رحلة الصاروخ الحي على ارتفاع عالٍ فوق الماء، لدرجة أن الحبار الطائر غالبًا ما ينتهي به الأمر على سطح السفن العابرة للمحيطات. أربعة إلى خمسة أمتار ليس ارتفاعًا قياسيًا يرتفع إليه الحبار في السماء. في بعض الأحيان يطيرون أعلى.

وصف الباحث الإنجليزي في مجال الرخويات الدكتور ريس في مقال علمي حبارًا (يبلغ طوله 16 سم فقط)، والذي طار لمسافة معقولة في الهواء، وسقط على جسر يخت، الذي ارتفع فوق الماء بحوالي سبعة أمتار.

يحدث أن يسقط الكثير من الحبار الطائر على السفينة في شلال متلألئ. روى الكاتب القديم تريبيوس نيجر ذات مرة قصة حزينة عن سفينة زُعم أنها غرقت تحت وطأة الحبار الطائر الذي سقط على سطحها. يمكن أن تقلع الحبار دون تسارع.

يمكن للأخطبوطات أيضًا أن تطير. رأى عالم الطبيعة الفرنسي جان فيراني كيف يتسارع الأخطبوط العادي في حوض السمك ويقفز فجأة من الماء إلى الخلف. وبعد أن وصف قوسًا يبلغ طوله حوالي خمسة أمتار في الهواء، سقط مرة أخرى في الحوض. عند اكتساب السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، بل كان يجدف أيضًا بمخالبه.
تسبح الأخطبوطات الفضفاضة، بالطبع، أسوأ من الحبار، ولكن في اللحظات الحرجة يمكنهم إظهار فئة قياسية لأفضل العدائين. حاول موظفو California Aquarium تصوير أخطبوط يهاجم سلطعونًا. اندفع الأخطبوط نحو فريسته بهذه السرعة لدرجة أن الفيلم، حتى عند التصوير بأعلى السرعات، كان يحتوي دائمًا على الشحوم. وهذا يعني أن الرمية استمرت لمئات من الثانية! عادة، تسبح الأخطبوطات ببطء نسبيًا. قام جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، بحساب: أخطبوط يبلغ حجمه نصف متر يسبح عبر البحر بمتوسط ​​سرعة يبلغ حوالي خمسة عشر كيلومترًا في الساعة. كل تيار من الماء يتم إلقاؤه من القمع يدفعه للأمام (أو بالأحرى للخلف، لأن الأخطبوط يسبح للخلف) بمقدار مترين إلى مترين ونصف.

يمكن أيضًا العثور على الحركة النفاثة في عالم النبات. على سبيل المثال، ترتد ثمار "الخيار المجنون" الناضجة عن الساق بأدنى لمسة، ويتم طرد السائل اللزج بالبذور بقوة من الحفرة الناتجة. الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس حتى 12 مترًا.

بمعرفة قانون الحفاظ على الزخم، يمكنك تغيير سرعة حركتك في الفضاء المفتوح. إذا كنت في قارب وكان لديك عدة أحجار ثقيلة، فإن رمي الحجارة في اتجاه معين سيحركك في الاتجاه المعاكس. سيحدث الشيء نفسه في الفضاء الخارجي، ولكن هناك يستخدمون المحركات النفاثة لهذا الغرض.

يعلم الجميع أن طلقة البندقية مصحوبة بالارتداد. إذا كان وزن الرصاصة مساوياً لوزن البندقية، فإنها ستتطاير بنفس السرعة. يحدث الارتداد لأن كتلة الغازات المقذوفة تخلق قوة تفاعلية، والتي بفضلها يمكن ضمان الحركة في الهواء وفي الفضاء الخالي من الهواء. وكلما زادت كتلة الغازات المتدفقة وسرعتها، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا، وكلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل.

تطبيق الدفع النفاث في التكنولوجيا

لقرون عديدة، حلمت البشرية برحلة إلى الفضاء. وقد اقترح كتاب الخيال العلمي مجموعة متنوعة من الوسائل لتحقيق هذا الهدف. في القرن السابع عشر، ظهرت قصة للكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك عن الرحلة إلى القمر. وصل بطل هذه القصة إلى القمر في عربة حديدية، حيث كان يلقي عليها باستمرار مغناطيسًا قويًا. منجذبة إليه، ارتفعت العربة أعلى وأعلى فوق الأرض حتى وصلت إلى القمر. وقال البارون مونشاوزن إنه صعد إلى القمر على طول ساق الفاصوليا.

في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد، اخترعت الصين نظام الدفع النفاث، الذي يعمل على تشغيل الصواريخ - أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود، وكانت تستخدم أيضًا للتسلية. أحد مشاريع السيارات الأولى كان أيضًا بمحرك نفاث وكان هذا المشروع ملكًا لنيوتن

كان مؤلف أول مشروع في العالم لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري هو الثوري الروسي ن. كيبالتشيش. تم إعدامه في 3 أبريل 1881 لمشاركته في محاولة اغتيال الإمبراطور ألكسندر الثاني. وطور مشروعه في السجن بعد الحكم عليه بالإعدام. كتب كيبالتشيش: "أثناء وجودي في السجن، قبل أيام قليلة من وفاتي، أكتب هذا المشروع. أنا أؤمن بجدوى فكرتي، وهذا الإيمان يسندني في وضعي الرهيب.. سأواجه الموت بهدوء، وأنا أعلم أن فكرتي لن تموت معي”.

فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية كانت قد طرحت في بداية هذا القرن من قبل العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي. في عام 1903، ظهرت مقالة مطبوعة لمعلم صالة الألعاب الرياضية في كالوغا K. E.. تسيولكوفسكي "استكشاف مساحات العالم باستخدام الأدوات التفاعلية." وقد احتوى هذا العمل على أهم معادلة رياضية لرواد الفضاء، والمعروفة الآن باسم "صيغة تسيولكوفسكي"، والتي تصف حركة جسم ذي كتلة متغيرة. وبعد ذلك، قام بتطوير تصميم لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل، واقترح تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل، وأعرب عن فكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. وبين أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، أي. جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود على الجهاز نفسه.

تعتبر الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا ظاهرة شائعة جدًا. ويحدث ذلك في الطبيعة عندما ينفصل جزء من الجسم عن جزء آخر بسرعة معينة. وفي هذه الحالة تظهر القوة التفاعلية دون تفاعل هذا الكائن مع الأجسام الخارجية.

لكي نفهم ما نتحدث عنه، فمن الأفضل أن ننظر إلى الأمثلة. في الطبيعة والتكنولوجيا عديدة. سنتحدث أولاً عن كيفية استخدام الحيوانات له، ثم كيف يتم استخدامه في التكنولوجيا.

قنديل البحر ويرقات اليعسوب والعوالق والرخويات

كثير من الناس، أثناء السباحة في البحر، صادفوا قناديل البحر. في البحر الأسود، على أي حال، هناك الكثير منهم. ومع ذلك، لم يدرك الجميع أن قناديل البحر تتحرك باستخدام الدفع النفاث. يتم استخدام نفس الطريقة من قبل يرقات اليعسوب، وكذلك بعض ممثلي العوالق البحرية. غالبًا ما تكون كفاءة الحيوانات البحرية اللافقارية التي تستخدمها أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التقنية.

تتحرك العديد من الرخويات بطريقة تهمنا. ومن الأمثلة على ذلك الحبار، والحبار، والأخطبوط. وعلى وجه الخصوص، يستطيع البطلينوس الإسكالوب التحرك للأمام باستخدام تيار من الماء يتم إخراجه من الصدفة عندما يتم ضغط صماماته بشكل حاد.

وهذه مجرد أمثلة قليلة من حياة عالم الحيوان التي يمكن الاستشهاد بها للتوسع في الموضوع: "الدفع النفاث في الحياة اليومية والطبيعة والتكنولوجيا".

كيف يتحرك الحبار؟

الحبار أيضًا مثير جدًا للاهتمام في هذا الصدد. مثل العديد من رأسيات الأرجل، يتحرك في الماء باستخدام الآلية التالية. من خلال قمع خاص يقع أمام الجسم، وكذلك من خلال شق جانبي، يأخذ الحبار الماء إلى تجويف الخياشيم. ثم تقوم برميها بقوة عبر القمع. يقوم الحبار بتوجيه أنبوب القمع إلى الخلف أو إلى الجانب. يمكن تنفيذ الحركة في اتجاهات مختلفة.

الطريقة التي يستخدمها السالبا

الطريقة التي يستخدمها السالبا مثيرة للفضول أيضًا. هذا هو اسم حيوان بحري له جسم شفاف. عند التحرك، يسحب السالبا الماء باستخدام الفتحة الأمامية. وينتهي الماء في تجويف واسع، وتقع الخياشيم داخله قطريًا. يُغلق الثقب عندما يأخذ السالبا رشفة كبيرة من الماء. تنقبض عضلاتها المستعرضة والطولية وتضغط على جسم الحيوان بأكمله. يتم دفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. يتحرك الحيوان للأمام بسبب رد فعل الطائرة المتدفقة.

الحبار - "طوربيدات حية"

ولعل الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو المحرك النفاث الذي يمتلكه الحبار. يعتبر هذا الحيوان أكبر ممثل لللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات الكبيرة. في الملاحة النفاثة، حققت الحبار الكمال الحقيقي. حتى جسم هذه الحيوانات يشبه الصاروخ في شكله الخارجي. أو بالأحرى، هذا الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن الحبار هو الذي له الأولوية بلا منازع في هذا الأمر. إذا كان يحتاج إلى التحرك ببطء، يستخدم الحيوان لهذا زعنفة كبيرة على شكل الماس، والتي تنحني من وقت لآخر. إذا كانت هناك حاجة إلى رمية سريعة، يأتي المحرك النفاث للإنقاذ.

جسم الرخويات محاط من جميع الجوانب بنسيج عضلي عباءة. ما يقرب من نصف الحجم الإجمالي لجسم الحيوان هو حجم تجويفه. يستخدم الحبار تجويف الوشاح للتحرك عن طريق امتصاص الماء بداخله. ثم يقوم بطرد تيار الماء المتجمع بحدة من خلال فوهة ضيقة. ونتيجة لذلك، فإنه يدفع إلى الوراء بسرعة عالية. في الوقت نفسه، يطوي الحبار كل المخالب العشرة في عقدة فوق رأسه للحصول على شكل انسيابي. تحتوي الفوهة على صمام خاص، ويمكن لعضلات الحيوان أن تديره. وهكذا يتغير اتجاه الحركة.

سرعة الحبار مثيرة للإعجاب

يجب أن أقول أن محرك الحبار اقتصادي للغاية. يمكن أن تصل السرعة التي يمكنه الوصول إليها إلى 60-70 كم / ساعة. ويعتقد بعض الباحثين أنه يمكن أن تصل سرعته إلى 150 كم/ساعة. كما ترون، لا يسمى الحبار "الطوربيد الحي" من أجل لا شيء. يمكنه الدوران في الاتجاه المطلوب عن طريق ثني مخالبه المطوية في حزمة لأسفل أو لأعلى أو لليسار أو لليمين.

كيف يتحكم الحبار في حركته؟

نظرًا لأن عجلة القيادة كبيرة جدًا مقارنة بحجم الحيوان نفسه، فإن حركة بسيطة فقط لعجلة القيادة تكفي حتى يتمكن الحبار من تجنب الاصطدام بسهولة بأي عائق، حتى التحرك بأقصى سرعة. إذا قمت بتشغيله بشكل حاد، فسوف يندفع الحيوان على الفور في الاتجاه المعاكس. يقوم الحبار بثني نهاية القمع للخلف، ونتيجة لذلك، يمكنه تحريك رأسه أولاً. فإذا مالها إلى اليمين قذفه النفث إلى اليسار. ومع ذلك، عندما يكون من الضروري السباحة بسرعة، يقع القمع دائمًا مباشرة بين اللوامس. في هذه الحالة، يندفع الحيوان بذيله أولاً، مثل جري جراد البحر سريع الحركة إذا كان يتمتع بخفة المتسابق.

عندما لا تكون هناك حاجة للاندفاع، يسبح الحبار والحبار متموجين بزعانفهم. تمر عبرها موجات مصغرة من الأمام إلى الخلف. ينزلق الحبار والحبار برشاقة. إنهم يدفعون أنفسهم من وقت لآخر فقط بتيار من الماء ينطلق من تحت عباءتهم. الصدمات الفردية التي يتلقاها الرخويات أثناء ثوران نفاثات الماء مرئية بوضوح في مثل هذه اللحظات.

الحبار الطائر

بعض رأسيات الأرجل قادرة على التسارع حتى 55 كم / ساعة. ويبدو أنه لم يقم أحد بإجراء قياسات مباشرة، لكن يمكننا إعطاء مثل هذا الرقم بناءً على مدى وسرعة الحبار الطائر. اتضح أن هناك مثل هؤلاء الناس. يعتبر الحبار Stenoteuthis أفضل طيار بين جميع الرخويات. يطلق عليه البحارة الإنجليز اسم الحبار الطائر (الحبار الطائر). هذا الحيوان، الذي تظهر صورته أعلاه، صغير الحجم، بحجم الرنجة. فهو يطارد الأسماك بسرعة كبيرة لدرجة أنه كثيرًا ما يقفز خارج الماء، ويمر مثل السهم فوق سطحه. كما أنه يستخدم هذه الحيلة عندما يكون في خطر من الحيوانات المفترسة - الماكريل والتونة. بعد أن طور الحبار أقصى قوة دفع في الماء، ينطلق في الهواء ثم يطير على ارتفاع أكثر من 50 مترًا فوق الأمواج. عندما تطير، تكون عالية جدًا لدرجة أن الحبار الطائر المتكرر ينتهي به الأمر على أسطح السفن. ارتفاع 4-5 أمتار ليس رقما قياسيا بالنسبة لهم. في بعض الأحيان تطير الحبار الطائرة أعلى من ذلك.

وقد وصف الدكتور ريس، الباحث في الرخويات من بريطانيا العظمى، في مقالته العلمية ممثلاً لهذه الحيوانات، حيث كان طول جسمه 16 سم فقط، إلا أنه تمكن من الطيران لمسافة لا بأس بها في الهواء، وبعدها هبط على سطح البحر. جسر لليخوت. وكان ارتفاع هذا الجسر يقارب 7 أمتار!

هناك أوقات تتعرض فيها السفينة لهجوم من قبل العديد من الحبار الطائر في وقت واحد. تريبيوس نيجر، كاتب قديم، روى ذات مرة قصة حزينة عن سفينة بدت غير قادرة على تحمل وزن هذه الحيوانات البحرية وغرقت. ومن المثير للاهتمام أن الحبار قادر على الإقلاع حتى بدون تسارع.

الأخطبوطات الطائرة

الأخطبوطات لديها أيضًا القدرة على الطيران. شاهد جان فيراني، عالم الطبيعة الفرنسي، أحدهم يسرع في حوض السمك الخاص به ثم يقفز فجأة من الماء. قطع الحيوان قوسًا يبلغ ارتفاعه حوالي 5 أمتار في الهواء ثم سقط في الحوض. الأخطبوط، الذي اكتسب السرعة اللازمة للقفز، لم يتحرك فقط بفضل الدفع النفاث. كما أنها تجدف بمخالبها. الأخطبوطات فضفاضة، لذا فهي تسبح بشكل أسوأ من الحبار، ولكن في اللحظات الحرجة، يمكن لهذه الحيوانات أن تعطي السبق لأفضل العدائين. أراد عمال متحف الأحياء المائية في كاليفورنيا التقاط صورة لأخطبوط يهاجم سلطعونًا. ومع ذلك، فإن الأخطبوط، الذي يندفع إلى فريسته، طور هذه السرعة التي كانت الصور، حتى عند استخدام وضع خاص، غير واضحة. وهذا يعني أن الرمية لم تدم سوى جزء من الثانية!

ومع ذلك، الأخطبوطات عادة تسبح ببطء شديد. وجد العالم جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، أن الأخطبوط الذي يبلغ حجمه 0.5 متر، يسبح بسرعة متوسطة تبلغ حوالي 15 كم/ساعة. كل تيار من الماء يرميه من القمع يدفعه للأمام (بتعبير أدق، للخلف، لأنه يسبح للخلف) بحوالي 2-2.5 متر.

"خيار التدفق"

يمكن اعتبار الحركة التفاعلية في الطبيعة والتكنولوجيا باستخدام أمثلة من عالم النبات لتوضيحها. ومن أشهرها الثمار الناضجة التي تسمى بأنها ترتد عن الساق عند أدنى لمسة. ثم، من الحفرة الناتجة، يتم إخراج سائل لزج خاص يحتوي على البذور بقوة كبيرة. الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس على مسافة تصل إلى 12 مترًا.

قانون الحفاظ على الزخم

يجب عليك بالتأكيد التحدث عنها عند التفكير في الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. تتيح لنا معرفة قانون الحفاظ على الزخم تغيير سرعة حركتنا، على وجه الخصوص، إذا كنا في الفضاء المفتوح. على سبيل المثال، أنت تجلس في قارب ومعك عدة حجارة معك. إذا قمت برميها في اتجاه معين، فسوف يتحرك القارب في الاتجاه المعاكس. وينطبق هذا القانون أيضا في الفضاء الخارجي. ومع ذلك، لهذا الغرض يستخدمون

ما هي الأمثلة الأخرى للدفع النفاث التي يمكن ملاحظتها في الطبيعة والتكنولوجيا؟ يتضح بشكل جيد للغاية مع مثال البندقية.

كما تعلمون، فإن اللقطة منه تكون مصحوبة دائمًا بالارتداد. لنفترض أن وزن الرصاصة كان يساوي وزن البندقية. في هذه الحالة، سوف يطيران بعيدًا بنفس السرعة. يحدث الارتداد بسبب إنشاء قوة رد فعل، نظرًا لوجود كتلة ملقاة. بفضل هذه القوة، يتم ضمان الحركة في الفضاء الخالي من الهواء وفي الهواء. كلما زادت سرعة وكتلة الغازات المتدفقة، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا. وبناء على ذلك، كلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل.

أحلام الطيران إلى الفضاء

لقد كان الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مصدرًا للأفكار الجديدة للعلماء لسنوات عديدة. لقرون عديدة، حلمت البشرية بالطيران إلى الفضاء. يجب الافتراض أن استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لم يستنفد نفسه بأي حال من الأحوال.

وبدأ كل شيء بحلم. لقد قدم لنا كتاب الخيال العلمي منذ عدة قرون وسائل مختلفة لكيفية تحقيق هذا الهدف المنشود. في القرن السابع عشر، ابتكر الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك، قصة عن رحلة إلى القمر. وصل بطله إلى القمر الصناعي للأرض باستخدام عربة حديدية. كان يلقي باستمرار مغناطيسًا قويًا فوق هذا الهيكل. العربة، التي انجذبت إليه، ارتفعت أعلى فأعلى فوق الأرض. وأخيرا وصلت إلى القمر. وصعدت شخصية مشهورة أخرى، وهي بارون مونشاوزن، إلى القمر باستخدام ساق الفاصوليا.

بالطبع، في ذلك الوقت لم يكن يُعرف سوى القليل عن كيفية استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لجعل الحياة أسهل. لكن رحلة الخيال فتحت بالتأكيد آفاقًا جديدة.

في الطريق إلى اكتشاف مذهل

في الصين في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد. ه. اخترع الدفع النفاث لتشغيل الصواريخ. وكانت الأخيرة مجرد أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود. تم إطلاق هذه الصواريخ من أجل المتعة. تم استخدام المحرك النفاث في أحد تصميمات السيارات الأولى. هذه الفكرة كانت ملكاً لنيوتن.

N. I. فكرت أيضًا في كيفية ظهور الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. كيبالتشيش. هذا ثوري روسي، مؤلف المشروع الأول لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري. ولسوء الحظ، تم إعدام الثوري في 3 أبريل 1881. واتهم كيبالتشيش بالمشاركة في محاولة اغتيال الإسكندر الثاني. بالفعل في السجن، في انتظار تنفيذ عقوبة الإعدام، واصل دراسة هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام مثل الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، والتي تحدث عند فصل جزء من الجسم. ونتيجة لهذه الأبحاث، قام بتطوير مشروعه. وكتب كيبالتشيش أن هذه الفكرة تدعمه في موقفه. إنه مستعد لمواجهة وفاته بهدوء، مع العلم أن مثل هذا الاكتشاف المهم لن يموت معه.

تنفيذ فكرة الرحلات الفضائية

استمرت دراسة مظاهر الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا بواسطة K. E. Tsiolkovsky (صورته معروضة أعلاه). في بداية القرن العشرين، اقترح هذا العالم الروسي الكبير فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية. ظهرت مقالته حول هذه القضية في عام 1903. وقدم معادلة رياضية أصبحت الأكثر أهمية بالنسبة للملاحة الفضائية. وهي معروفة في عصرنا باسم "صيغة تسيولكوفسكي". تصف هذه المعادلة حركة جسم له كتلة متغيرة. في أعماله الإضافية، قدم رسمًا تخطيطيًا لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. طور تسيولكوفسكي، الذي يدرس استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا، تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل. كما جاء بفكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. هذه هي الاكتشافات التي توصل إليها العالم أثناء دراسته للدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا. فالصواريخ، كما أوضح تسيولكوفسكي، هي الأجهزة الوحيدة القادرة على التغلب على الصاروخ، وقد عرّفه بأنه آلية ذات محرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود فيه. يقوم هذا الجهاز بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود، والتي تصبح الطاقة الحركية لنفث الغاز. يبدأ الصاروخ نفسه بالتحرك في الاتجاه المعاكس.

وأخيرا، انتقل العلماء، بعد أن درسوا الحركة التفاعلية للهيئات في الطبيعة والتكنولوجيا، إلى الممارسة العملية. هناك مهمة واسعة النطاق تنتظرنا لتحقيق حلم البشرية الطويل الأمد. وقد تعاملت معها مجموعة من العلماء السوفييت بقيادة الأكاديمي إس بي كوروليف. لقد أدركت فكرة تسيولكوفسكي. تم إطلاق أول قمر صناعي لكوكبنا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 4 أكتوبر 1957. وبطبيعة الحال، تم استخدام الصاروخ.

كان يو إيه جاجارين (في الصورة أعلاه) هو الرجل الذي حظي بشرف كونه أول من طار في الفضاء الخارجي. وقع هذا الحدث المهم للعالم في 12 أبريل 1961. طار جاجارين حول العالم بأكمله على القمر الصناعي فوستوك. كان الاتحاد السوفييتي أول دولة وصلت صواريخها إلى القمر وحلقت حوله والتقطت صوراً للجانب غير المرئي من الأرض. بالإضافة إلى ذلك، كان الروس هم الذين زاروا كوكب الزهرة لأول مرة. لقد جلبوا الأدوات العلمية إلى سطح هذا الكوكب. رائد الفضاء الأمريكي نيل أرمسترونج هو أول إنسان يمشي على سطح القمر. هبط عليها في 20 يوليو 1969. في عام 1986، قامت فيجا 1 وفيجا 2 (سفن تابعة للاتحاد السوفييتي) باستكشاف مذنب هالي من مسافة قريبة، والذي يقترب من الشمس مرة واحدة فقط كل 76 عامًا. استكشاف الفضاء مستمر..

كما ترون، الفيزياء علم مهم ومفيد للغاية. يعد الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مجرد واحدة من القضايا المثيرة للاهتمام التي تتم مناقشتها فيه. وإنجازات هذا العلم مهمة جدًا جدًا.

كيف يتم استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا هذه الأيام

في الفيزياء، تم تحقيق اكتشافات مهمة بشكل خاص في القرون القليلة الماضية. وبينما تظل الطبيعة دون تغيير تقريبا، فإن التكنولوجيا تتطور بوتيرة سريعة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مبدأ الدفع النفاث على نطاق واسع ليس فقط من قبل مختلف الحيوانات والنباتات، ولكن أيضًا في الملاحة الفضائية والطيران. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن للجسم أن يستخدمه للتفاعل من أجل تغيير مقدار واتجاه سرعته. ولهذا السبب يمكن استخدام الصواريخ فقط للتحليق في الفضاء الخالي من الهواء.

اليوم، يتم استخدام الدفع النفاث بنشاط في الحياة اليومية والطبيعة والتكنولوجيا. ولم يعد الأمر لغزا كما كان من قبل. ومع ذلك، لا ينبغي للإنسانية أن تتوقف عند هذا الحد. آفاق جديدة أمامنا. أود أن أصدق أن الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، الموصوفة بإيجاز في المقالة، ستلهم شخصًا ما لتحقيق اكتشافات جديدة.