Перед стартом ракети її загальний імпульс (оболонки і палива) в системі координат, пов'язаної з Землею, дорівнює нулю, ракета не рухається відносно Землі. В результаті взаємодії газу і оболонки, яка викидає газ, вона набуває певний імпульс. Будемо вважати, що сила тяжіння практично не впливає на рух, тому оболонку і паливо можна розглядати як замкнуту систему і їх загальний імпульс повинен і після запуску залишитися рівним нулю. Оболонка, в свою чергу, завдяки взаємодії з газом набуває імпульс, який дорівнює за модулем імпульсу газу, але протилежно спрямованого. Ось чому в рух приходить не тільки газ, а й оболонка ракети. У ній можуть бути розміщені наукові прилади для досліджень, засоби зв'язку. У ракеті може розміщуватися космічний корабель, в якому знаходяться космонавти або астронавти.

Закон збереження імпульсу дає можливість визначити швидкість руху ракети (оболонки).

Припустимо спочатку, що весь газ, який утворюється при згорянні пального, викидається з ракети відразу, а не витікає поступово.

Позначимо всю масу газу, в який перетворюється паливо в ракеті, через тг, а швидкість газу - через дт. Масу і швидкість руху оболонки позначимо через тоб і іо6. Згідно із законом збереження імпульсу сума імпульсів оболонки і газу після запуску повинна бути такою ж, як до запуску ракети, тобто повинна бути дорівнює нулю. отже,

(Координатна вісь Оу обрана в напрямку руху оболонки). Звідси визначимо швидкість руху оболонки:

З формули видно: чим більше швидкість витікання газу і чим більше відношення маси палива до маси оболонки, тим швидкість руху оболонки ракети більше. Тому досить велику швидкість оболонка отримає в тому випадку, якщо маса палива набагато більша за масу оболонки. Наприклад, щоб швидкість руху оболонки була за абсолютним значенням в 4 рази більше швидкості витікання газу, необхідно, щоб маса палива була в стільки ж разів більша за масу оболонки, тобто оболонка повинна становити п'яту частину всієї маси ракети на старті. Адже «корисна» частина ракети - це сама оболонка.

З створення ракет почалося активне освоєння космосу. Український авіаконстуктор Сергій Павлович Корольов і його колеги створили ракету-носій «Восток», і 12 квітня 1961 р чоловік вийшов в космічний простір. Це був Юрій Гагарін.

Україна входить до складу космічних держав світу завдяки високому рівню науково-технічного і виробничого потенціалу, участі в міжнародній космічній діяльності.

У березні 1999 року відбувся перший пуск української ракети-носія «Зеніт-ЗБЬ» за міжнародною програмою «Морський старт». Україна разом з США, Норвегією і Росією стала учасницею грандіозного проекту запусків з плавучого космодрому в Світовому океані.

У грудні 2004 р були виведені в космос супутники дистанційного зондування Землі серії «Січ», «Січ-1М» і перший український малогабаритний космічний апарат «МС-1-ТК».

За 15 років роботи Національного космічного агентства України (зараз Державне космічне агентство України) і підприємств української космічної галузі було забезпечено понад 100 пусків ракет-носіїв і виведено в космос понад 180 космічних апаратів.

У жовтні 2016 року з о. Воллопс (штат Вірджинія, США) відбувся успішний запуск модернізованої ракети-носія середнього класу Antares-230 з транспортним космічним кораблем Cygnus. Головним розробником ракети-носія є американська компанія Orbital АТК, а основну конструкцію її першого ступеня створили українські держпідприємства космічної галузі КБ «Південне» ім. М.К. Янгеля та ВО «Південний машинобудівний завод ім. А.М. Макарова »(м Дніпро) в кооперації з підприємствами« Хартрон-АРКОС »(м.Харків),« Хартрон-ЮКОМ »(м.Запоріжжя),« ЧЕЗАРА »,« РАПІД »(м.Чернігів) і т. П.

Українські фахівці займалися модернізацією першого ступеня ракети-носія Antares, адаптуючи цей ступінь до нового, більш ефективному двигуну.

Вантажний корабель Cygnus доставив на Міжнародну космічну станцію понад 2 т вантажу (зразки для проведення наукових експериментів, наукові інструменти і продовольство), а також обладнання для виведення в космічний простір мініатюрних супутників. Астронавт-ка NASA Кейт Рубіні зробила знімки стикування корабля з Міжнародною космічною станцією, які були опубліковані на офіційній сторінці астронавтів агентства в Twitter (рис. 291).

ПИТАННЯ ДО ВИВЧЕННЯ

1. Ракета, як відомо, може отримати прискорення в космічному просторі, де навколо неї немає ніяких тел. Крім того, для її прискорення необхідна сила, а сила - це дія одного тіла на інше. Чому прискорюється ракета?

2. Від чого залежить швидкість руху ракети?

3. Назвіть основні досягнення України в галузі космонавтики.

ЗАВДАННЯ І ВПРАВИ

вирішуємо разом

1. Снаряд розірвався в верхній точці траєкторії на два осколка однакової маси. Швидкість руху снаряда безпосередньо перед вибухом була V, а швидкість руху одного з осколків відразу після вибуху

= 2v і спрямована вертикально вгору. Розрахуйте значення і напрямок швидкості v2 другого осколка в момент вибуху.

Рішення

Оскільки під час вибуху снаряда виникають великі внутрішні сили і час їх дії дуже мало, то зовнішньою силою тяжіння можна знехтувати і вважати систему на час вибуху замкнутою. Згідно із законом збереження імпульсу:

Перепишемо це рівняння в проекціях на координатні осі:

З огляду на, що за умовою задачі

Другий осколок полетить зі швидкістю v2 ~ 2,8і вниз під кутом а = 45 ° до горизонту.

2. Хлопчик масою 50 кг рухається від носової частини до корми човна масою 150 кг зі швидкістю 0,6 м / с щодо човна. З якими швидкостями рухаються при цьому човен і хлопчик щодо води? Опором води знехтувати.

Рішення

Оскільки рівнодіюча сил тяжіння і сили Архімеда, що діють на човен, дорівнює нулю, система тіл «човен-хлопчик» є замкнутою. Силою опору води, що виникає при русі човна, пренебрежем, оскільки при малих швидкостях ця сила невелика. Застосуємо закон збереження імпульсу щодо системи відліку, пов'язаної з нерухомою водою. Імпульс системи до початку руху хлопчика дорівнює нулю.

За позитивний напрямок осі Ох виберемо напрямок руху човна. Щодо води проекція імпульсу човна на вісь Ох дорівнює m2v2, а імпульсу хлопчика -7П1і1, де і v2 - відповідно швидкості руху хлопчика і човни щодо води. Із закону складання швидкостей слід, що = і - v2.

Запишемо тепер закон збереження імпульсу:

Звідси швидкості човна і хлопчика щодо води рівні:

Відповідь, ', швидкість руху човна дорівнює 0,15 м / с, а швидкість руху хлопчика 0,45 м / с.

рівень А

257. Визначте імпульс тіла масою 5 кг, що рухається зі швидкістю 2 м / с.

258. В цистерні поливальної автомашини масою 4 т знаходиться 2 м3 води. Визначте імпульс машини, якщо вона рухається зі швидкістю: а) 18 км / год до місця поливу; б) 54 км / год, використавши всю воду.

259. Залізничний вагон масою 30 000 кг, що рухається зі швидкістю 1,5 м / с, зчіплюється з нерухомим вагоном, маса якого дорівнює 20 000 кг. Яка швидкість руху вагонів після зчеплення? Вагони знаходяться на прямолінійній ділянці шляху.

260. При формуванні поїзда три зчеплених між собою вагона, які рухаються зі швидкостями 0,4 м / с, стикаються з нерухомим вагоном, після чого всі вагони продовжують рухатися в ту ж сторону з однаковою швидкістю. Визначте цю швидкість, якщо маси всіх вагонів однакові.

261. Людина масою 70 кг, що біжить зі швидкістю 7 м / с, наздоганяє візок масою 30 кг, що рухається зі швидкістю 2 м / с, і схоплюється на неї. З якою швидкістю почне рухатися візок після цього?

262. Куля масою 10 г пробила стіну, і в результаті швидкість її зменшилася з 800 до 300 м / с. Визначте, на скільки зменшився імпульс кулі.

263. Людина масою 50 кг біжить зі швидкістю 10 м / с за візком, яка рухається зі швидкістю 5 км / год, і схоплюється на неї. Яка буде швидкість візки після цього, якщо її маса 80 кг?

264. Снаряд масою mv летить зі швидкістю v1 паралельно рейкам, потрапляє в нерухому платформу з піском масою т2 і застряє в піску. З якою швидкістю почне рухатися платформа?

рівень Б

265. Металева кулька масою 20 г, що падає зі швидкістю 5 м / с, вдаряється пружно про сталеву плиту і відскакує від неї в протилежному напрямку з такою ж за модулем швидкістю. Визначте зміна імпульсу кульки і середню силу, яка спричинила цю зміну, якщо зіткнення тривало 0,1 с.

266. Шофер вимкнув двигун автомобіля при швидкості 72 км / ч. Через 3,4 с автомобіль зупинився. Сила тертя коліс по асфальту дорівнює 5880 Н. Визначте імпульс автомобіля в момент вимкнення двигуна. Яка маса автомобіля?

267. Автомобіль масою 2 т рухається зі швидкістю 36 км / ч. Який час необхідно для повної зупинки автомобіля після вимкнення двигуна, якщо сила тертя коліс об дорогу дорівнює 5880 Н?

268. Зенітний снаряд, випущений в вертикальному напрямку, досягнувши максимальної висоти, вибухнув. При цьому утворилися три уламка. Два уламка розлетілися під прямим кутом один до одного, причому швидкість першого уламка масою 9 кг дорівнює 60 м / с, а швидкість другого масою 18 кг дорівнює 40 м / с. Третій уламок полетів зі швидкістю 200 м / с. Визначте графічно напрямок польоту третього уламка. Яка його маса?

269. З якою швидкістю буде рухатися хокейна шайба масою 160 г, щоб її імпульс дорівнював імпульсу кулі масою 8 г, яка летить зі швидкістю 600 м / с?

270. Граната масою 3 кг, що летить горизонтально зі швидкістю 15 м / с, розірвалася на дві частини. Швидкість осколка масою 2 кг збільшилася в напрямку руху до 25 м / с. Визначте швидкість меншого уламка.

271. Ракета масою 4 ■ 103 кг летить зі швидкістю 0,5 км / с. Від неї відділяється головна частина масою 103 кг і летить зі швидкістю 800 м / с. З якою швидкістю буде продовжувати політ решта ракети?

272. Криголам масою 5000 т рухався з вимкненими двигунами зі швидкістю 10 м / с. Після зіткнення з нерухомою крижиною судно стало рухатися разом з нею зі швидкістю 2 м / с. Обчисліть масу крижини. Опір води не враховувати.

273. З човна масою 200 кг, що рухається зі швидкістю 1 м / с, в горизонтальному напрямку стрибає дівчинка масою 50 кг зі швидкістю 3 м / с. Яка швидкість човна після стрибка дівчинки, якщо вона стрибає з носової частини човна по ходу руху?

Лабораторна робота № 7

Вивчення закону збереження механічної енергії

Мета роботи: порівняти дві величини - зменшення потенційної енергії тіла, прикріпленого до пружини, при його падінні і збільшення потенційної енергії розтягнутої пружини.

Прилади й матеріали: динамометр, жорсткість пружини якого дорівнює 40 Н / м; лінійка з міліметровими розподілами; вантаж масою 0,100 ± 0,002 кг; фіксатор; штатив з муфтою і власником.

Для роботи використовується установка, зображена на малюнку 292. Це закріплений в штативі динамометр з фіксатором. Пружина динамометра закінчується дротовим стрижнем з гачком. Фіксатор в збільшеному масштабі зображено окремо і позначений цифрою 1. Це легка коркова пластинка (розмірами 5x7x1,5 мм), що прорізає ножем до її центру. Платівку насаджують на дротяний стрижень динамометра. Фіксатор повинен переміщатися уздовж стрижня з невеликим тертям, проте тертя

має бути достатнім, щоб фіксатор сам по собі не падав вниз. У цьому треба переконатися перед початком роботи.

Для цього фіксатор встановлюють біля нижнього краю шкали на обмежувальної скобі. Потім пружину розтягують і відпускають. Фіксатор разом з дротовим стрижнем повинен піднятися вгору, відзначаючи цим максимальне подовження пружини, яке дорівнює відстані від упору до фіксатора.

Якщо підняти вантаж, який висить на гачку динамометра, так, щоб пружина була розтягнута, тоді потенційна енергія вантажу щодо, наприклад, поверхні столу дорівнює mgH. При падінні вантажу (опускання на відстань х = І) потенційна енергія вантажу зменшиться на Ег - mgh, а енергія пружини при її деформації збільшиться на Е2 = kx2: 2.

Хід роботи

1. Вантаж міцно закріпіть на гачку динамометра.

2. Підніміть вантаж рукою, розвантажуючи пружину, і встановіть фіксатор внизу біля скоби.

3. Опустіть вантаж. Падаючи, вантаж розтягне пружину. Зніміть вантаж і по положенню фіксатора виміряйте лінійкою максимальне подовження jcmax пружини.

7. Порівняйте ставлення Е1с: Е2с з одиницею, зробіть висновок про похибки, з якою був перевірений закон збереження енергії.

8. Зробіть висновки.

Це матеріал підручника Фізика 9 клас Сиротюк