Фізіка. Рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы

Рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы - вельмі распаўсюджаная з'ява. У прыродзе яно ўзнікае, калі адна частка цела аддзяляецца з пэўнай хуткасцю ад некаторай іншай частцы. Пры гэтым рэактыўная сіла з'яўляецца без ўзаемадзеяння дадзенага арганізма з вонкавымі целамі.

Для таго каб зразумець, пра што ідзе гаворка, лепш за ўсё звярнуцца да прыкладаў. Прыклады рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы шматлікія. Спачатку мы пагаворым пра тое, як яго выкарыстоўваюць жывёлы, а затым аб тым, як яно прымяняецца ў тэхніцы.

Медузы, лічынкі стракоз, планктон і малюскі

Многія, купаючыся ў моры, сустракалі медуз. У Чорным моры іх, ва ўсякім разе, хапае. Аднак не ўсе задумваліся, што перасоўваюцца медузы як раз з дапамогай рэактыўнага руху. Да гэтага ж спосаб выкарыстоўваюць і лічынкі стракоз, а таксама некаторыя прадстаўнікі марскога планктону. ККД бесхрыбтовых марскіх жывёл, якія выкарыстоўваюць яго, часцяком нашмат вышэй, чым у тэхнічных вынаходак.

Многія малюскі перасоўваюцца якія цікавяць нас спосабам. У якасці прыкладу можна прывесці каракаціцы, кальмаров, васьміногаў. У прыватнасці, марскі малюск-гребешок здольны рухацца наперад, выкарыстоўваючы рэактыўную брую вады, якая выкідваецца з ракавіны, калі яе створкі рэзка сціскаюцца.

І гэта толькі некалькі прыкладаў з жыцця жывёльнага свету, якія можна прывесці, раскрываючы тэму: "Рэактыўны рух у побыце, прыродзе і тэхніцы".

Як перасоўваецца каракаціцы

Вельмі цікавая ў гэтых адносінах і каракаціцы. Падобна мностве галаваногія малюскаў, яна перасоўваецца ў вадзе, выкарыстоўваючы наступны механізм. Праз адмысловую варонку, якая знаходзіцца наперадзе цела, а таксама праз бакавую шчыліну каракаціцы забірае ваду ў сваю жаберную паражніну. Затым яна яе энергічна выкідвае праз варонку. Трубку варонкі каракаціцы накіроўвае назад або ўбок. Рух пры гэтым можа ажыццяўляцца ў розныя бакі.

Спосаб, які выкарыстоўвае сальпа

Цікаўны і спосаб, які выкарыстоўвае сальпа. Так называецца марское жывёла, якое мае празрыстае цела. Сальпа пры руху ўцягвае ваду, выкарыстоўваючы для гэтага пярэдняе адтуліну. Вада аказваецца ў шырокай паражніны, а ўнутры яе па дыяганалі размешчаныя жабры. Адтуліну закрываецца тады, калі сальпа робіць вялікі глыток вады. Яе папярочныя і падоўжныя мускулы скарачаюцца, сціскаецца ўсё цела жывёлы. Скрозь задняе адтуліну вада выштурхваецца вонкі. Жывёла рухаецца наперад дзякуючы рэакцыі вынікаючай бруі.

Кальмары - "жывыя тарпеды"

Самы вялікі цікавасць уяўляе, мабыць, рэактыўны рухавік, які ёсць у кальмара. Гэта жывёла лічыцца найбольш буйным прадстаўніком бесхрыбтовых, што жыве на вялікіх акіянскіх глыбінях. У рэактыўнай навігацыі кальмары дасягнулі сапраўднага дасканаласці. Нават цела гэтых жывёл нагадвае ракету сваімі знешнімі формамі. Дакладней сказаць, гэта ракета капіюе кальмара, бо менавіта яму належыць бясспрэчнае першынство ў гэтай справе. Калі трэба перасоўвацца павольна, жывёла выкарыстоўвае для гэтага вялікі ромбападобны плаўнік, які час ад часу выгінаецца. Калі ж неабходны хуткі кідок, на дапамогу прыходзіць рэактыўны рухавік.

З усіх бакоў цела малюска акружае мантыя - цягліцавая тканіна. Практычна палова ўсяго аб'ёму цела жывёлы прыпадае на аб'ём яе паражніны. Кальмар выкарыстоўвае мантыйную паражніну для руху, засасывая ваду ўнутр яе. Затым ён рэзка выкідвае набраную брую вады скрозь вузкае сопла. У выніку гэтага ён рухаецца штуршкамі назад з вялікай хуткасцю. Пры гэтым кальмар складвае ўсе свае 10 шчупальцаў ў вузел над галавой для таго, каб набыць абцякальную форму. У складзе сопла ёсць асаблівы клапан, і мышцы жывёльнага могуць паварочваць яго. Тым самым кірунак руху мяняецца.

Ўражлівая хуткасць руху кальмара

Трэба сказаць, што рухавік кальмара вельмі эканамічны. Хуткасць, якую ён здольны развіваць, можа дасягаць 60-70 км / г. Некаторыя даследчыкі нават мяркуюць, што яна можа даходзіць да 150 км / г. Як вы бачыце, кальмар нездарма завецца "жывы тарпедай". Ён можа паварочваць у патрэбны бок, выгінаючы ўніз, уверх, налева або направа шчупальцы, складзеныя пучком.

Як кальмар кіруе рухам

Так як у параўнанні з памерамі самога жывёльнага руль вельмі вялікі, для таго каб кальмар мог лёгка пазбегнуць сутыкнення з перашкодай, нават рухаючыся з максімальнай хуткасцю, дастаткова толькі малаважнага руху руля. Калі яго рэзка павярнуць, жывёла тут жа памчыцца ў адваротны бок. Кальмар выгінае назад канец варонкі і ў выніку гэтага можа слізгаць ўжо галавой наперад. Калі ён выгнется яе направа, ён будзе адкінуты налева рэактыўным штуршком. Аднак калі плыць неабходна хутка, варонка заўсёды знаходзіцца прама паміж шчупальцамі. Жывёла ў гэтым выпадку імчыцца хвастом наперад, падобна бягу рака-спорткара, калі б ён валодаў жвавасцю скакуна.

У выпадку калі спяшацца не патрабуецца, каракаціцы і кальмары плаваюць, ундулируя пры гэтым плаўнікамі. Спераду назад прабягаюць па іх мініяцюрныя хвалі. Кальмары і каракаціцы грацыёзна слізгаюць. Яны толькі час ад часу падштурхоўваюць сябе бруёй вады, якая выкідваецца з-пад іх мантыі. Асобныя штуршкі, якія малюск атрымлівае пры вывяржэнні бруй вады, у такія моманты добра прыкметныя.

лятаючы кальмар

Некаторыя головоногого здольныя паскарацца да 55 км / г. Здаецца, ніхто не ажыццяўляў прамых вымярэнняў, аднак такую лічбу мы можам назваць, грунтуючыся на далёкасці і хуткасці палёту лятучых кальмараў. Аказваецца, існуюць і такія. Кальмар стенотевтис з'яўляецца лепшым пілотам з усіх малюскаў. Ангельскія маракі называюць яго лёталі кальмаров (флайинг-сквид). Гэта жывёла, фота якога прадстаўлена вышэй, мае невялікія памеры, прыкладна з селядзец. Ён так імкліва перасьледуе рыб, што часта выскоквае з вады, праносячыся стралой над яе паверхняй. Такую выкрут ён выкарыстоўвае і ў выпадку, калі яму пагражае небяспека ад драпежнікаў - макрэль і тунцоў. Развіўшы максімальную рэактыўную цягу ў вадзе, кальмар стартуе ў паветра, а затым пралятае больш за 50 метраў над хвалямі. Пры гэтым апагей яго палёту знаходзіцца так высока, што часта лётаюць кальмары трапляюць на палубы судоў. Вышыня 4-5 метраў для іх - зусім не рэкорд. Часам лётаюць кальмары ўзлятаюць нават вышэй.

Доктар Рыс, даследчык малюскаў з Вялікабрытаніі, у сваёй навуковай артыкуле апісаў прадстаўніка гэтых жывёл, даўжыня цела якога складала ўсяго 16 см. Аднак пры гэтым ён змог праляцець ладная адлегласць па паветры, пасля чаго прызямліўся на масток яхты. А вышыня гэтага мастка складала практычна 7 метраў!

Бываюць выпадкі, калі на карабель абвальваецца адразу мноства лятучых кальмараў. Требиус Нігер, антычны пісьменнік, аднойчы распавёў сумную гісторыю пра судне, якое як быццам бы не змагло вытрымаць цяжар гэтых марскіх жывёл і затанула. Цікава, што кальмары здольныя ўзлятаць нават без разгону.

якія лётаюць васьміногі

Здольнасцю лётаць валодаюць таксама васьміногі. Жан Верани, французскі натураліст, назіраў, як адзін з іх разагнаўся ў сваім акварыуме, а затым раптам выскачыў з вады. Жывёла апісала ў паветры дугу прыкладна ў 5 метраў, а затым плюхнула ў акварыум. Васьміног, набіраючы неабходную для скачка хуткасць, рухаўся не толькі дзякуючы рэактыўнай цязе. Ён таксама гроб сваімі шчупальцамі. Васьміногі мехаватыя, таму яны плаваюць горш кальмараў, аднак у крытычныя хвіліны і гэтыя жывёлы здольныя даць фору лепшым спрынтараў. Работнікі Каліфарнійскага акварыума хацелі зрабіць фота васьмінога, які атакуе краба. Аднак спрут, кідаючыся на сваю здабычу, развіваў такую хуткасць, што фатаграфіі нават пры выкарыстанні спецыяльнага рэжыму аказваліся змазанымі. Гэта азначае, што кідок доўжыўся лічаныя долі секунды!

Аднак васьміногі звычайна плаваюць даволі павольна. Вучоны Джозэф Сайнл, які даследаваў міграцыі спрутаў, высвятліў, што васьміног, памер якога складае 0,5 м, плыве з сярэдняй хуткасцю прыкладна 15 км / ч. Кожная бруя вады, якую ён выкідвае з варонкі, прасоўвае яго наперад (дакладней сказаць, таму, паколькі ён плыве задам наперад) дзе-то на 2-2,5 м.

"Шалёны агурок"

Рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы можна разглядаць і выкарыстоўваючы для яго ілюстрацыі прыклады са свету раслін. Адзін з самых вядомых - саспелыя плады так званага шалёнага агурка. Яны адскокваюць ад пладаножкі пры найменшым дотыку. Затым з ўтварыўся ў выніку гэтага адтуліны з вялікай сілай выкідваецца спецыяльная клейкая вадкасць, у якой знаходзяцца насенне. Сам агурок адлятае ў процілеглы бок на адлегласць да 12 м.

Закон захавання імпульсу

Абавязкова варта расказаць і пра яго, разглядаючы рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы. Веданне закона захавання імпульсу дазваляе нам змяняць, у прыватнасці, нашу ўласную хуткасць перамяшчэння, калі мы знаходзімся ў адкрытай прасторы. Да прыкладу, вы сядзіце ў лодцы і ў вас з сабой ёсць некалькі камянёў. Калі вы будзеце кідаць іх у пэўную бок, рух лодкі будзе ажыццяўляцца ў процілеглым кірунку. У касмічнай прасторы таксама дзейнічае гэты закон. Аднак там з гэтай мэтай ужываюць ракетныя рухавікі.

Якія яшчэ можна адзначыць прыклады рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы? Вельмі добра закон захавання імпульсу ілюструецца на прыкладзе стрэльбы.

Як вядома, стрэл з яго заўсёды суправаджаецца аддачай. Дапусцім, вага кулі быў бы роўны вазе стрэльбы. У гэтым выпадку яны б разляцеліся ў бакі з адной і той жа хуткасцю. Аддача бывае таму, што ствараецца рэактыўная сіла, так як маецца адкідаюцца маса. Дзякуючы гэтай сіле забяспечваецца рух як у беспаветранай прасторы, так і ў паветры. Чым больш хуткасць і маса Заканчваецца газаў, тым сіла аддачы, якую адчувае наша плячо, больш. Адпаведна, рэактыўная сіла тым вышэй, чым мацней рэакцыя стрэльбы.

Мары аб палётах у космас

Рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы вось ужо доўгія гады з'яўляецца крыніцай новых ідэй для навукоўцаў. Шмат стагоддзяў чалавецтва марыць аб палётах у космас. Прымяненне рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы, трэба меркаваць, зусім не вычарпала сябе.

А пачалося ўсё з мары. Пісьменнікі-фантасты некалькі стагоддзяў таму прапаноўвалі нам розныя сродкі, як дасягнуць гэтай жаданай мэты. У 17 стагоддзі Сірано дэ Бержерак, французскі пісьменнік, стварыў апавяданне аб палёце на Месяц. Яго герой дабраўся да спадарожніка Зямлі, выкарыстоўваючы жалезную фурманку. Над гэтай канструкцыяй ён увесь час падкідваў моцны магніт. Фурманка, прыцягваючы да яго, падымалася над Зямлёй ўсё вышэй і вышэй. У рэшце рэшт, яна дасягнула Месяца. Іншы вядомы персанаж, барон Мюнхгаўзен, залез на Месяц па сцябле боба.

Вядома, у гэты час яшчэ было мала вядома аб тым, як ужыванне рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы здольна палегчыць жыццё. Але палёт фантазіі, безумоўна, адкрываў новыя гарызонты.

На шляху да выбітнага адкрыцця

У Кітаі ў канцы 1 тысячагоддзя н. э. вынайшлі рэактыўнае рух, якое прыводзіць у дзеянне ракеты. Апошнія былі проста бамбукавымі трубкамі, якія былі начынены порахам. Гэтыя ракеты запускаліся дзеля забавы. Рэактыўны рухавік выкарыстоўваўся ў адным з першых праектаў аўтамабіляў. Гэтая ідэя належала Ньютану.

Пра тое, як рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы ўзнікае, задумваўся і Н.І. Кібальчыч. Гэта рускі рэвалюцыянер, аўтар першага праекта рэактыўнага лятальнага апарата, які прызначаны для палёту на ім чалавека. Рэвалюцыянер, на жаль, быў пакараны 3 красавіка 1881 года. Кібальчыч абвінавацілі ў тым, што ён удзельнічаў у замаху на Аляксандра II. Ужо ў турме, у чаканні выканання смяротнага прысуду, ён працягваў вывучаць такое цікавае з'ява, як рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы, якое ўзнікае пры аддзяленні часткі аб'екта. У выніку гэтых пошукаў ён распрацаваў свой праект. Кібальчыч пісаў, што гэтая ідэя падтрымлівае яго ў яго становішчы. Ён гатовы спакойна сустрэць сваю смерць, ведаючы, што гэтак важнае адкрыццё не загіне разам з ім.

Рэалізацыя ідэі палёту ў космас

Праява рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы працягнуў вывучаць К. Э. Цыялкоўскі (фота яго прадстаўлена вышэй). Яшчэ ў пачатку 20 стагоддзя гэты вялікі рускі навуковец прапанаваў ідэю выкарыстання ракет у мэтах касмічных палётаў. Яго артыкул, прысвечаная гэтаму пытанню, з'явілася ў 1903 годзе. У ёй было прадстаўлена матэматычнае раўнанне, якое стала найважнейшым для касманаўтыкі. Яно вядома ў наш час як "формула Цыялкоўскага". Гэта раўнанне апісвала рух цела, які мае зменную масу. У сваіх далейшых працах ён прадставіў схему ракетнага рухавіка, які працуе на вадкім паліве. Цыялкоўскі, вывучаючы выкарыстанне рэактыўнага руху ў прыродзе і тэхніцы, распрацаваў шматступенную канструкцыю ракеты. Яму таксама належыць ідэя аб магчымасці стварэння на калязямной арбіце цэлых касмічных гарадоў. Вось да якіх адкрыццяў прыйшоў навуковец, вывучаючы рэактыўнае рух у прыродзе і тэхніцы. Ракеты, як паказаў Цыялкоўскі, - гэта адзіныя апараты, якія могуць пераадолець сілу цяжару. Ракету ён вызначыў як механізм, які мае рэактыўны рухавік, які выкарыстоўвае якое знаходзіцца на ім гаручае і акісляльнік. Гэты апарат трансфармуе хімічную энергію паліва, якая становіцца кінэтычнай энергіяй газавай бруі. Сама ракета пры гэтым пачынае рухацца ў зваротным кірунку.

Нарэшце, навукоўцы, вывучыўшы рэактыўнае рух тэл ў прыродзе і тэхніцы, перайшлі да практыкі. Мелася быць маштабная задача рэалізацыі даўняй мары чалавецтва. І група савецкіх навукоўцаў, якую ўзначальвае акадэмікам С. П. Каралёвым, справілася з ёй. Яна ажыццявіла ідэю Цыялкоўскага. Першы штучны спадарожнік нашай планеты быў запушчаны ў СССР 4 кастрычніка 1957 г. Натуральна, пры гэтым выкарыстоўвалася ракета.

Ю. А. Гагарын (на фота вышэй) быў чалавекам, якому выпаў гонар першым ажыццявіць палёт у касмічнай прасторы. Гэта важнае для свету падзея адбыўся 12 красавіка 1961 года. Гагарын на караблі-спадарожніку "Усход" абляцеў увесь зямны шар. СССР быў першай дзяржавай, ракеты якога дасягнулі Месяца, абляцелі вакол яе і сфатаграфавалі бок, нябачную з Зямлі. Акрамя таго, і на Венеры ўпершыню пабывалі менавіта расейцы. Яны даставілі на паверхню гэтай планеты навуковыя прыборы. Амерыканскі астранаўт Ніл Армстронг - першы чалавек, які пабываў на паверхні Месяца. Ён высадзіўся на яе 20 ліпеня 1969 года. У 1986 годзе "Вега-1" і "Вега-2" (караблі, якія належаць СССР) даследавалі з блізкай адлегласці камету Галея, якая набліжаецца да Сонца ўсяго толькі раз у 76 гадоў. Вывучэнне космасу працягваецца ...

Як вы бачыце, вельмі важнай і карыснай навукай з'яўляецца фізіка. Рэактыўнае рух у прыродзе і тэхніцы - гэта толькі адзін з цікавых пытанняў, якія разглядаюцца ў ёй. А дасягненні гэтай навукі вельмі і вельмі значныя.

Як у нашы дні выкарыстоўваецца рэактыўнае рух у прыродзе і ў тэхніцы

У фізіцы ў апошнія некалькі стагоддзяў былі зробленыя асабліва важныя октрытия. У той час як прырода застаецца практычна нязменнай, тэхніка развіваецца імклівымі тэмпамі. У наш час прынцып рэактыўнага руху шырока ўжываецца не толькі рознымі жывёламі і раслінамі, але таксама ў касманаўтыцы і ў авіяцыі. У касмічнай прасторы адсутнічае серада, якую цела магло б выкарыстоўваць для ўзаемадзеяння, каб змяніць модуль і напрамак сваёй хуткасці. Менавіта таму для палётаў у беспаветранай прасторы можна выкарыстоўваць толькі ракеты.

Сёння актыўна выкарыстоўваецца рэактыўнае рух у побыце, прыродзе і тэхніцы. Яно ўжо не з'яўляецца загадкай, як раней. Аднак чалавецтва не павінна спыняцца на дасягнутым. Наперадзе новыя гарызонты. Хочацца верыць, што рэактыўнае рух у прыродзе і тэхніцы, коратка ахарактарызаваць у артыкуле, натхніць кагосьці на новыя адкрыцці.