Для эффективного торможения космического корабля направление струи выхлопных газов

Обновлено: 26.01.2025

Модуль реактивной силы зависит

1) только от скорости истечения газов из сопла двигателя

2) только от скорости расхода топлива

3) от скорости истечения газов из сопла двигателя и от скорости расхода топлива

4) от направления истечения газовой струи из сопла двигателя

Реактивное движение

Реактивным называется движение, которое происходит под действием силы реакции, действующей на движущееся тело со стороны струи вещества, выбрасываемого из двигателя. Пояснить принцип реактивного движения можно на примере движения ракеты.

Пусть в двигателе, установленном на ракете, происходит сгорание топлива и продукты горения (горячие газы) под высоким давлением выбрасываются из сопла двигателя. На каждую порцию газов, выброшенных из сопла, со стороны двигателя действует некоторая сила, которая приводит эту порцию газов в движение. В соответствии с третьим законом Ньютона, на двигатель со стороны выбрасываемых газов действует сила, такая же по модулю и противоположная по направлению. Эта сила называется реактивной. Под её действием ракета приобретает ускорение и разгоняется в направлении, противоположном направлению выбрасывания газов. Модуль F реактивной силы может быть вычислен при помощи простой формулы:

где u — модуль скорости истечения газов из сопла двигателя относительно ракеты, а μ — скорость расхода топлива (масса вещества, выбрасываемого двигателем в единицу времени, измеряется в кг/с). Направлена реактивная сила всегда в направлении, противоположном направлению истечения газовой струи. Реактивное движение также можно объяснить и при помощи закона сохранения импульса.

При реактивном движении ракеты её масса непрерывно уменьшается из-за сгорания топлива и выбрасывания наружу продуктов сгорания. По этой причине модуль ускорения ракеты всё время изменяется, а скорость ракеты нелинейно зависит от массы сгоревшего топлива. Впервые задача об отыскании модуля конечной скорости v ракеты, масса которой изменилась от значения m₀ до величины m, была решена русским учёным, пионером космонавтики К. Э. Циолковским. График зависимости, иллюстрирующей полученную им формулу, показан на рисунке.

Из графика видно, что полученная Циолковским закономерность может быть кратко сформулирована следующим образом: если скорость истечения газов из сопла двигателя постоянна, то при уменьшении массы ракеты в геометрической прогрессии модуль скорости ракеты возрастает в арифметической прогрессии. Иными словами, если при уменьшении массы ракеты в 2 раза модуль скорости ракеты увеличивается на 1 км/с, то при уменьшении массы ракеты в 4 раза модуль скорости ракеты возрастёт ещё на 1 км/с. Из-за такой закономерности разгон ракеты до высокой скорости требует очень большого расхода топлива.

Модуль реактивной силы зависит

1) только от скорости истечения газов из сопла двигателя

2) только от скорости расхода топлива

3) от скорости истечения газов из сопла двигателя и от скорости расхода топлива

4) от направления истечения газовой струи из сопла двигателя

Реактивное движение

1) изменяется по модулю и направлению
2) изменяется по модулю, но не изменяется по направлению
3) изменяется по направлению, но не изменяется по модулю
4) не изменяется ни по модулю, ни по направлению

2. Для эффективного торможения космического корабля направление струи выхлопных газов, вырывающейся из сопла его реактивного двигателя, должно

1) совпадать с направлением движения корабля
2) быть противоположно направлению движения корабля
3) быть перпендикулярно направлению движения корабля
4) образовывать произвольный угол к направлению движения корабля

3. Снаряд, импульс которого $\overrightarrow

$ был направлен вертикально вверх, разорвался на два осколка. Импульс одного осколка $\overrightarrow

_1$ в момент взрыва был направлен горизонтально (рис. 1). Какое направление имел импульс $\overrightarrow

_2$ второго осколка (рис. 2)?

4. С лодки подтягивают канат, поданный на первоначально покоившийся баркас. Расстояние между лодкой и баркасом 55 м. Определите путь, пройденный баркасом до встречи с лодкой. Масса лодки 300 кг, масса баркаса 1200 кг. Сопротивлением воды пренебречь.

5. Тело движется в положительном направлении оси Ox. На рисунке представлен график зависимости от времени t для проекции силы $F_x$, действующей на тело в инерциальной системе отсчёта. В интервале времени от 0 до 10 с проекция импульса тела на ось Ох

1) не изменяется
2) увеличивается на 5 кг ⋅ м/с
3) увеличивается на 10 кг ⋅ м/с
4) уменьшается на 5 кг ⋅ м/с

6. Масса пистолета в 100 раз больше массы пули. При выстреле пуля вылетает из пистолета, имея импульс, модуль которого равен р. Модуль импульса пистолета в этот момент равен

7. С лодки, движущейся равномерно и прямолинейно по реке, бросают камень противоположно направлению движения лодки. Скорость лодки при этом

1) не изменяется
2) увеличивается
3) уменьшается
4) может увеличиться или уменьшиться в зависимости от скорости течения реки

8. На рисунке представлен график зависимости скорости υ движения тела от времени t. Чему равен импульс этого тела в момент времени t = 4 с, если его масса составляет 150 кг?

9. Масса мальчика в 4 раза меньше массы лодки. В момент прыжка с неподвижной лодки импульс мальчика равен 36 кг ⋅ м/с. При этом лодка приобретает импульс, модуль которого равен

1) 36 кг ⋅ м/с
2) 18 кг ⋅ м/с
3) 9 кг ⋅ м/с
4) 0

10. Вагон массой 20 т, движущийся по горизонтальному пути со скоростью 2 м/с , сталкивается с другим вагоном такой же массы, движущимся ему навстречу со скоростью 1 м с , и автоматически с ним сцепляется. С каким ускорением будут двигаться вагоны после сцепки, если они пройдут до полной остановки 25 м?

11. На рисунке изображены вектор скорости $\overrightarrow$ и вектор ускорения $\overrightarrow$ движущегося тела в некоторый момент времени.

Вектор импульса тела в этот момент времени сонаправлен вектору

12. Две одинаковые лодки движутся равномерно по озеру параллельными курсами навстречу друг другу с одинаковыми по модулю скоростями. Трение лодок о воду пренебрежимо мало. Когда лодки поравнялись, с первой лодки на вторую переложили груз, осторожно выпустив его из рук. Масса груза меньше массы лодки. Изменилась ли при этом скорость второй лодки (если изменилась, то как)? Ответ поясните.

13. Конькобежец массой 60 кг, стоя на коньках на льду, бросает в горизонтальном направлении предмет массой 1 кг со скоростью 24 м/с и откатывается на 40 см. Найдите коэффициент трения коньков о лёд.

14. Лодочник переходит с пристани в лодку. При этом он, стоя одной ногой на пристани, другую ногу ставит в лодку и отталкивается от пристани. В каком случае ему легче сесть в лодку: когда она пустая или когда в ней сидят люди? Ответ поясните.

15. Локомотив движется по инерции и автоматически сцепляется с неподвижным вагоном. Как при этом меняется по модулю импульс локомотива и импульс вагона относительно земли?

1) Импульс локомотива уменьшается, импульс вагона не меняется.
2) Импульс локомотива уменьшается, импульс вагона увеличивается.
3) Импульс локомотива увеличивается, импульс вагона уменьшается.
4) Импульс локомотива не меняется, импульс вагона увеличивается.

16. Снаряд, движущийся горизонтально, разорвался на два равных осколка по 1 кг каждый. Один осколок продолжил двигаться относительно Земли в прежнем направлении со скоростью 800 м/с, а другой полетел назад со скоростью 400 м/с. Какую скорость имел снаряд в момент разрыва?

17. Два пластилиновых шарика, двигаясь по гладкой горизонтальной плоскости, испытывают абсолютно неупругое соударение и слипаются. В каком случае (см. рисунки) модуль скорости шариков после соударения будет минимальным?

18. Тело массой 800 г движется в горизонтальном направлении со скоростью 4 м/с и сталкивается с телом массой 400 г, движущимся по той же прямой ему навстречу со скоростью 2 м/с. Определите скорость тел после удара, если они стали двигаться как единое целое.

19. Брусок массой 1,8 кг движется со скоростью 2 м/с по гладкой горизонтальной поверхности. Навстречу бруску летит пуля массой 9 г со скоростью 900 м/с. Пуля пробивает брусок и вылетает с некоторой скоростью, а брусок останавливается. Какова скорость, с которой пуля вылетает из бруска?

20. По столу вдоль одной прямой движутся два тела массами m и 2m со скоростями υ → и 4 υ → соответственно, как показано на рисунке. Суммарный импульс этой системы тел равен

1) $9m\overrightarrow$
2) $7m\overrightarrow$
3) $5m\overrightarrow$
4) $3m\overrightarrow$

21. По гладкой горизонтальной поверхности вдоль осей x и y движутся две шайбы массами m₁ = 0,1 кг и m₂ = 0,15 кг со скоростями v₁ = 2 м/c и v₂ = 1 м/c соответственно, как показано на рисунке. У какой из шайб модуль импульса больше?

1) у шайбы m₁2) у шайбы m₂3) модули импульса у обеих шайб одинаковы
4) однозначно ответить нельзя, так как шайбы движутся во взаимно перпендикулярных направлениях

22. Два одинаковых пластилиновых шара движутся навстречу друг другу вдоль горизонтальной оси OX с одинаковыми по модулю скоростями. Между шарами происходит неупругий удар, в результате которого они слипаются. После удара

1) шары продолжают двигаться в положительном направлении вдоль оси OX.
2) шары продолжают двигаться в отрицательном направлении вдоль оси OX.
3) шары останавливаются.
4) направление дальнейшего движения шаров предсказать невозможно.

23. Шайба скользит по горизонтальному столу и налетает на покоящуюся шайбу. На рисунке стрелками показаны импульсы шайб до и после столкновения. В результате столкновения модуль суммарного импульса этих шайб

1) увеличился
2) уменьшился
3) не изменился
4) стал равным нулю

24. Автомобиль массой 1000 кг, двигающийся вдоль оси OX в положительном направлении со скоростью 72 км/ч, остановился. Изменение проекции импульса автомобиля на ось OX равно

1) –72 000 кг·м/c
2) –20 000 кг·м/c
3) 20 000 кг·м/c
4) 72 000 кг·м/c

25. Масса мальчика в 4 раза меньше массы лодки. В момент прыжка с неподвижной лодки скорость мальчика равна 2 м/с. При этом лодка приобретает скорость, равную

1) 8 м
3) 2 м
3) 0,5 м
4) 0 м

26. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

После того как в воронку наливают воду, она начинает выливаться из трубок. При этом в соответствии с законом (А)__________ трубки начинают двигаться (Б)__________ движения струй выливающейся из трубки воды. Такое движение в физике называется (В)__________ движением. Примером такого движения в природе является перемещение (Г)__________.

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Список слов и словосочетаний:

1) всемирного тяготения
2) сохранения импульса
3) равноускоренное
4) реактивное
5) кальмар
6) белка-летяга
7) по направлению
8) противоположно направлению

1. Основываясь на законе сохранения импульса, объясните, почему воздушный шарик движется противоположно струе выходящего из него сжатого воздуха?

Сначала отверстие шарика завязано.
Шарик с находящимся внутри него сжатым воздухом покоится.
Импульс шарика равен нулю.

При открывании отверстия из него с большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха.
Движущийся воздух обладает импульсом, направленным в сторону его движения.

Согласно закону сохранения импульса:
суммарный импульс системы (шарик и воздух в нём) должен остаться прежним, т.е. равным нулю.
Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе воздуха сторону с такой скоростью.
Импульс шарика равен по модулю импульсу воздушной струи.
Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны.
В результате:
суммарный импульс взаимодействующих тел остаётся равным нулю.
Движение шарика является примером реактивного движения.

2. Каков принцип реактивного движения?

Реактивное движение происходит за счёт того, что от тела отделяется и движется какая-то его часть, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс.

3. Приведите примеры реактивного движения тел.

На принципе реактивного движения основано вращение сегнерова колеса.
Вытекающая из сосуда через трубку вода вращает сосуд в направлении, противоположном скорости воды в струях.
Значит, реактивное действие оказывает не только струя газа, но и струя жидкости.

Реактивное движение используют для перемещения и живые существа: осьминоги, кальмары, каракатицы.
Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду.

4. Каково назначение ракет? Каково ее устройство и принцип действия?

Ракеты-носители предназначены для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.

В любой ракете всегда есть оболочка и топливо с окислителем.
Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (1), приборный отсек (2) и двигатель (5,6).
Основную массу ракеты составляет топливо (4) с окислителем (3).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания.
Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления.
Этот газ мощной струёй устремляется наружу через сопло.

5. От чего зависит скорость ракеты?

Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.
От этой скорости зависит скорость ракеты.

Ракета представляет собой замкнутую систему.
До старта импульс ракеты был равен нулю.
По закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого газа тоже должен быть равен нулю.
То есть импульс оболочки и противоположный ему импульс струи газа должны быть равны по модулю.
Чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.

Помимо скорости истечения газа существуют и другие факторы, от которых зависит скорость движения ракеты.

6. В чём заключается преимущество многоступенчатых ракет перед одноступенчатыми?

В практике космических полётов обычно используют многоступенчатые ракеты, развивающие гораздо большие скорости и предназначенные для более дальних полётов, чем одноступенчатые.

Схема трёхступенчатой ракеты:

После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени.

Такое уменьшение общей массы ракеты позволяет сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты.
Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.

7. Как осуществляется посадка космического корабля?

Если посадка не планируется, то третья ступень используется для увеличения скорости ракеты.
Если корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой.
Ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди.
Вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости её движения.
Это приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.

Доступно для всех учеников 1-11 классов и дошкольников

Задание №3 Закон сохранения импульса

№ 1Локомотив движется по рельсам и автоматически сцепляется с неподвижным вагоном. Как при этом меняются по модулю импульс локомотива и импульс вагона относительно земли?

1) импульс локомотива уменьшается, импульс вагона не меняется

2) импульс локомотива уменьшается, импульс вагона увеличивается

3) импульс локомотива увеличивается, импульс вагона уменьшается

4) импульс локомотива не меняется, импульс вагона увеличивается

№ 2Два шара движутся навстречу друг другу (см. рисунок). Первый обладает импульсом P ₁ , второй — P ₂ . Полный импульс P системы шаров равен по модулю

1) Р=Р1-Р2 и направлен слева направо

2) Р=Р1+Р2 и направлен слева направо

3) Р=Р1-Р2 и направлен налево

4)Р=Р1+Р2 и направлен налево

№ 3Бильярдный шар, имеющий импульс p , ударяется о покоящийся шар, и шары разлетаются. Полный импульс шаров после соударения

4) зависит от угла разлёта шаров

№ 4Для эффективного ускорения космического корабля струя выхлопных газов, вырывающаяся из сопла его реактивного двигателя, должна быть направлена

1) по направлению движения корабля

2) противоположно направлению движения корабля

3) перпендикулярно направлению движения корабля

4) под произвольным углом к направлению движения корабля

№ 5Масса пистолета в 100 раз больше массы пули. При выстреле пуля вылетает из пистолета, имея импульс, модуль которого равен p . Модуль импульса пистолета в этот момент равен

1) р 2) 10р 3) 100р 4) р/100

№ 6 (изменение импульса)Автомобиль массой 1000 кг, двигающийся вдоль оси Ox в положительном направлении со скоростью 72 км/ч, остановился. Изменение проекции импульса автомобиля на ось Ox равно

1) −72 000 кг·м/с 2) −20 000 кг·м/с 3) 20 000 кг·м/с 4) 72 000 кг·м/с

№ 7Свинцовый шар свободно падает вдоль вертикали на тележку с песком, равномерно движущуюся без трения по горизонтальной поверхности, и застревает в песке. Скорость тележки после падения в неё шара

4) станет равной нулю

№ 9 Две тележки массами m и 3 m движутся по инерции навстречу друг другу с одинаковыми по модулю скоростями v (см. рисунок). После столкновения тележки сцепляются и начинают двигаться

1) вправо со скоростью 2 v

2) вправо со скоростью v

3) влево со скоростью v /2

4) влево со скоростью v

№ 10 Две тележки массами 2 m и m движутся по инерции навстречу друг другу со скоростями 2 v и v соответственно(см. рисунок). После столкновения тележки сцепляются и начинают двигаться

1) вправо со скоростью 2 v

2) вправо со скоростью v

3) влево со скоростью v

4) влево со скоростью 2 v

№ 11Снаряд, импульс которого р был направлен горизонтально, разорвался на два осколка. Импульс одного осколка р2 в момент разрыва был направлен вертикально вниз (рис. 1). Какое направление имел импульс р1 другого осколка (рис. 2)?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

№ 12 Снаряд, импульс которого р был направлен горизонтально, разорвался на два осколка. Импульс одного осколка р2 в момент разрыва был направлен вертикально вниз (рис. 1). Какое направление имел импульс р1 другого осколка (рис. 2)?

Читайте также: