§21. Реактивний рух. Сила — міра взаємодії. Графічне зображення сил. Додавання сил

ГДЗ Фізика 7 клас Бар’яхтар

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Дайте означення реактивного руху. Опишіть досліди зі спостереження за реактивним рухом.

Реактивний рух — це рух, що виникає внаслідок відділення з деякою швидкістю від тіла якоїсь його частини. Для спостереження за реактивним рухом можна використати повітряну кульку: надуйте її і, не стягуючи отвір, відпустіть. Кулька рухається завдяки повітрю, яке виривається з отвору, а коли повітря припиняє виходити, рух кульки сповільнюється і зупиняється.

2. Запишіть закон збереження імпульсу для старту ракети, припустивши, що все її паливо згоряє під час старту.

Оскільки до старту ракета перебуває у спокої, то закон збереження імпульсу після згоряння палива виглядав би так:

0 = m_{\text{об}} \vec{v}_{\text{об}} + m_{\text{газу}} \vec{v}_{газу}

Проекція цього рівняння на вісь OY:

0 = m_{\text{об}} v_{\text{об}} - m_{\text{газу}} v_{\text{газу}}

Вираз для швидкості об’єкта:

v_{\text{об}} = \dfrac{m_{\text{газу}} v_{\text{газу}}}{m_{\text{об}}}

3. Чому для польотів у космос використовують багатоступеневі ракети?

Багатоступеневі ракети використовуються для польотів у космос, оскільки їхні ступені відкидаються в польоті, що дозволяє зменшити масу ракети і збільшити швидкість її руху.

4. У яких ще технічних пристроях застосовують реактивний рух?

Реактивний рух застосовується в реактивних літаках, ракетах, а також у турбореактивних двигунах. Підводні човни: Деякі підводні човни використовують реактивний рух для швидкого підйому на поверхню або занурення, викидаючи воду з баластних танків.

5. Де в природі можна спостерігати реактивний рух?

У природі реактивний рух спостерігається у морських тварин, таких як кальмари та медузи, які використовують його для пересування. Також рослини, наприклад, «скажений» огірок, застосовують реактивний рух для розсіювання насіння.

ВПРАВА № 21

1. Що спільного між рухом кальмарів, реактивних літаків і катерів із водометними двигунами?

Рух кальмарів, реактивних літаків і катерів із водометними двигунами об’єднує принцип реактивного руху, заснований на законі збереження імпульсу. У всіх цих випадках об’єкти рухаються завдяки викиду маси (води або повітря) в одному напрямку, що створює силу реакції, яка штовхає їх у протилежному напрямку.

2. Чим відрізняється рух автомобіля від руху ракети?

Рух автомобіля відбувається завдяки тертю між колесами та дорогою, що забезпечує зчеплення, тому автомобіль не зможе рухатися у випадку відсутності контакту з поверхнею. Сила, що рухає автомобіль, виникає від двигуна, який перетворює енергію пального на механічну роботу.

Ракета рухається за рахунок реактивної сили, яка виникає внаслідок викиду газів з двигуна. Закон збереження імпульсу забезпечує, що викид газів у одному напрямку створює рух ракети в протилежному напрямку, завдяки чому ракета може рухатися і за відсутності будь-якого середовища.

3. Чому під час пострілу з мисливської рушниці потрібно обов’язково притискати приклад до плеча?

Під час пострілу рушниця викидає кулю з великою швидкістю, що створює значну реактивну силу в протилежному напрямку (віддачу). Якщо приклад не притиснутий до плеча, віддача може спричинити різкі рухи, що можуть призвести до травм або втрати контролю над зброєю.

Якщо рушницю притиснути до плеча, то і рушниця і плече отримає невелику швидкість, що дозволить уникнути травмування.

4. «Сеґнерове колесо» — пристрій, який винайшов фізик, математик, механік Янош Андраш Сеґнер (1704–1777), — зараз застосовують для поливання газонів. Розгляньте рисунок і поясніть, як працює цей пристрій. Чи можна його вважати реактивним двигуном?

Коли вода виходить з трубок, вона створює струмені, які діють на колесо. За законом збереження імпульсу, викид води в одному напрямку викликає обертання колеса в протилежному напрямку.

Так, сеґнерове колесо можна вважати реактивним двигуном, оскільки його робота базується на принципі реактивної сили. Викид води створює силу, яка рухає колесо, аналогічно тому, як працюють інші реактивні системи (наприклад, ракети). Таким чином, сеґнерове колесо демонструє основні принципи реактивного руху.

5. Під час запуску моделі ракети загальною масою 600 г із її сопла вилітає 500 г води. Оцініть швидкість витікання води, якщо ракета набула швидкості руху 12 м/с. Чому можна саме оцінити, а не визначити швидкість витікання води?

Дано:
 $m = 600 \, \text{г}$ 
 $m_b = 500 \, \text{г}$ 
 $v_p = 12 \, \dfrac{\text{м}}{\text{с}}$ 
 $v_b - ?$ 
Розв’язання:
Застосуємо закон збереження імпульсу:
 $0 = m_p v_p - m_b v_b$ Звідси:
 $m_b v_b = m_p v_p \quad \Rightarrow \quad v_b = \dfrac{m_p v_p}{m_b}$ 
Обчислимо масу предмета:
 $m_p = m - m_b = 600\,\text{г} - 500\,\text{г} = 100\,\text{г}$ Тепер підставимо значення у формулу для швидкості:
 $v_b = \dfrac{100\,\text{г} \cdot 12\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}}}{500\,\text{г}} = 2{,}4\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}}$ Відповідь:
 $v_b = 2{,}4\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}}$

6. Підготуйте стислу доповідь про українських космонавтів.

Україна має багатий вклад у космонавтику, зокрема через видатних космонавтів, які зробили значний внесок у розвиток цієї галузі. Серед них є як представники радянської епохи, так і незалежної України.

Павло Попович: Перший українець у космос, який здійснив політ 12 серпня 1962 року на кораблі “Восток-4”. Його політ тривав 2 доби 22 години 57 хвилин, і він став четвертим космонавтом Радянського Союзу та восьмою людиною у світі, що відвідала космос. Попович активно брав участь у наукових експериментах під час польоту і отримав звання Героя Радянського Союзу.
Леонід Каденюк: Перший офіційно визнаний представник незалежної України у космосі. Він здійснив свій політ на американському шатлі “Колумбія” з 19 листопада по 5 грудня 1997 року, провівши на орбіті 15 діб. Каденюк вивчав вплив невагомості на рослинні процеси.

В історії космонавтики є багато особистостей, які мають зв’язки з Україною, однак назвати їх українськими космонавтами буває складно. Це пов’язано з тим, що деякі з них або їхні нащадки наразі мають тісні зв’язки з Росією.

Ситуація ускладнюється тим, що після розпаду Радянського Союзу багато людей, які раніше були частиною української космічної програми, продовжили свою діяльність у Росії або стали громадянами Російської Федерації. Це призводить до того, що їхня ідентичність та національна приналежність стають неоднозначними.

Крім безпосередніх польотів, українці також зробили значний внесок у проектування та розробку космічних апаратів. Наприклад:

Сергій Корольов: Хоча він не був космонавтом, його роль як головного конструктора ракетної техніки є незаперечною. Багато його ідей стали основою для подальших досягнень у космонавтиці.
Юрій Кондратюк: Відомий своїми концепціями багатоступеневих ракет і траєкторій для польотів на Місяць.

Сьогодні Україна продовжує розвивати свою космічну програму. Після здобуття незалежності країна активно працює над створенням власних супутників та участю в міжнародних проектах, таких як Міжнародна космічна станція.

Внесок українців у космонавтику є значним і триває до сьогодні, з перспективами для нових досягнень у майбутньому.