تطبيق الدفع النفاث في التكنولوجيا. أمثلة على الدفع النفاث آلية الدفع النفاث
الدفع النفاثفي 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 إلى الداخل جوانب مختلفة.
السالبا حيوان بحري ذو جسم شفاف؛ فهو عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم قطريًا. 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 ساكن اللافقاريات أعماق المحيط. حققت الحبار أعلى مستويات الكمال في الملاحة النفاثة. لديهم حتى أجسادهم الخاصة أشكال خارجيةينسخ الصاروخ (أو بالأحرى، الصاروخ ينسخ الحبار، حيث أن له أولوية لا جدال فيها في هذا الشأن). 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.
ووصف الباحث الإنجليزي في مجال الرخويات الدكتور ريس في المادة العلميةالحبار (طوله 16 سم فقط)، الذي طار مسافة كبيرة عبر الهواء، سقط على جسر اليخت، الذي ارتفع ما يقرب من سبعة أمتار فوق الماء.
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 التقاط السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، ولكن أيضًا كان يجدف 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! عادةً ما 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) من 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 مساحة مفتوحة. إذا كنت في قارب ومعك عدة حجارة ثقيلة، فارميها بالحجارة جانب معينسوف تتحرك 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 الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك عن الرحلة إلى القمر. وصل بطل هذه القصة إلى القمر في عربة حديدية، كان يتقلب عليها باستمرار مغناطيس قوي. 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 ك. 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.
محرك نفاثهو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفث الغاز، بينما يكتسب المحرك سرعة في الاتجاه المعاكس.
تم تنفيذ فكرة K.E. Tsiolkovsky من قبل العلماء السوفييت تحت قيادة الأكاديمي سيرجي بافلوفيتش كوروليف. تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في التاريخ بواسطة صاروخ في الاتحاد السوفيتي في 4 أكتوبر 1957.
مبدأ الدفع النفاث يستخدم على نطاق واسع الاستخدام العمليفي الطيران والملاحة الفضائية. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن للجسم أن يتفاعل معه وبالتالي يغير اتجاهه وحجم سرعته، ولذلك يمكن استخدام الطائرات النفاثة فقط في الرحلات الفضائية الطائرات، أي الصواريخ.
جهاز صاروخي
تعتمد حركة الصاروخ على قانون حفظ الزخم. إذا تم رمي أي جسم بعيدًا عن الصاروخ في وقت ما، فسوف يكتسب نفس الدفعة، ولكن يتم توجيهه في الاتجاه المعاكس
أي صاروخ، بغض النظر عن تصميمه، لديه دائمًا غلاف ووقود مزود بمواد مؤكسدة. تتضمن قذيفة الصاروخ الحمولة (in في هذه الحالةهذه سفينة فضائية)، ومقصورة الأدوات والمحرك (غرفة الاحتراق، والمضخات، وما إلى ذلك).
الكتلة الرئيسية للصاروخ هي الوقود المؤكسد (المؤكسد ضروري للحفاظ على احتراق الوقود، حيث لا يوجد أكسجين في الفضاء).
يتم تزويد الوقود والمؤكسد إلى غرفة الاحتراق باستخدام المضخات. الوقود، عند احتراقه، يتحول إلى غاز درجة حرارة عاليةو ضغط مرتفع. بسبب الاختلاف الكبير في الضغط في غرفة الاحتراق وفي الفضاء الخارجي، تندفع الغازات من غرفة الاحتراق في شكل نفاثة قوية من خلال مقبس ذو شكل خاص يسمى الفوهة. الغرض من الفوهة هو زيادة سرعة الطائرة.
قبل إطلاق الصاروخ، يكون زخمه صفرًا. ونتيجة لتفاعل الغاز الموجود في غرفة الاحتراق وجميع الأجزاء الأخرى من الصاروخ، فإن الغاز المتسرب عبر الفوهة يتلقى بعض الدفع. إذن فالصاروخ عبارة عن نظام مغلق، ويجب أن يكون زخمه الإجمالي صفرًا بعد الإطلاق. ولذلك، فإن غلاف الصاروخ الموجود بداخله يتلقى دفعة تساوي في الحجم دفعة الغاز، ولكنها معاكسة في الاتجاه.
يُطلق على الجزء الأكبر من الصاروخ المخصص لإطلاق الصاروخ بأكمله وتسريعه اسم المرحلة الأولى. عندما تستنفد المرحلة الضخمة الأولى من الصاروخ متعدد المراحل جميع احتياطياته من الوقود أثناء التسارع، فإنه ينفصل. ويستمر المزيد من التسارع في المرحلة الثانية الأقل ضخامة، وتضيف بعض السرعة الإضافية إلى السرعة التي تم تحقيقها مسبقًا بمساعدة المرحلة الأولى، ثم تنفصل. وتستمر المرحلة الثالثة في زيادة السرعة إلى القيمة المطلوبة وتسليم الحمولة إلى المدار.
أول شخص يطير إلى الفضاء الخارجي كان مواطن الاتحاد السوفياتي يوري ألكسيفيتش غاغارين. 12 أبريل 1961 قام بالدوران حول الكرة الأرضية على القمر الصناعي فوستوك.
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، اثنان من السوفييت سفينة فضائيةقام فيجا 1 وفيجا 2 بفحص مذنب هالي عن كثب، والذي يقترب من الشمس مرة كل 76 عامًا.
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؛ فهو عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم قطريًا. 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 بشكل حاد 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 التقاط السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، ولكن أيضًا كان يجدف 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! عادةً ما تسبح الأخطبوطات ببطء نسبيًا. قام جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، بحساب: أخطبوط يبلغ حجمه نصف متر يسبح عبر البحر بمتوسط سرعة 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 الكاتب 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 ك. 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.
محرك نفاثهو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفث الغاز، بينما يكتسب المحرك سرعة في الاتجاه المعاكس.
تم تنفيذ فكرة K.E. Tsiolkovsky من قبل العلماء السوفييت تحت قيادة الأكاديمي سيرجي بافلوفيتش كوروليف. تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في التاريخ بواسطة صاروخ في الاتحاد السوفيتي في 4 أكتوبر 1957.
يجد مبدأ الدفع النفاث تطبيقًا عمليًا واسعًا في الطيران والملاحة الفضائية. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن لجسم أن يتفاعل معه وبالتالي يغير اتجاهه وحجم سرعته، ولذلك لا يمكن استخدام سوى الطائرات النفاثة، أي الصواريخ، في الرحلات الفضائية.
جهاز صاروخي
تعتمد حركة الصاروخ على قانون حفظ الزخم. إذا تم رمي أي جسم بعيدًا عن الصاروخ في وقت ما، فسوف يكتسب نفس الدفعة، ولكن يتم توجيهه في الاتجاه المعاكس
أي صاروخ، بغض النظر عن تصميمه، لديه دائمًا غلاف ووقود مزود بمواد مؤكسدة. تشتمل قذيفة الصاروخ على الحمولة (في هذه الحالة مركبة فضائية)، وحجرة الأدوات والمحرك (غرفة الاحتراق، والمضخات، وما إلى ذلك).
الكتلة الرئيسية للصاروخ هي الوقود المؤكسد (المؤكسد ضروري للحفاظ على احتراق الوقود، حيث لا يوجد أكسجين في الفضاء).
يتم تزويد الوقود والمؤكسد إلى غرفة الاحتراق باستخدام المضخات. يتحول الوقود عند احتراقه إلى غاز ذو درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. بسبب الاختلاف الكبير في الضغط في غرفة الاحتراق وفي الفضاء الخارجي، تندفع الغازات من غرفة الاحتراق في شكل نفاثة قوية من خلال مقبس ذو شكل خاص يسمى الفوهة. الغرض من الفوهة هو زيادة سرعة الطائرة.
قبل إطلاق الصاروخ، يكون زخمه صفرًا. ونتيجة لتفاعل الغاز الموجود في غرفة الاحتراق وجميع الأجزاء الأخرى من الصاروخ، فإن الغاز المتسرب عبر الفوهة يتلقى بعض الدفع. إذن فالصاروخ عبارة عن نظام مغلق، ويجب أن يكون زخمه الإجمالي صفرًا بعد الإطلاق. ولذلك، فإن غلاف الصاروخ الموجود بداخله يتلقى دفعة تساوي في الحجم دفعة الغاز، ولكنها معاكسة في الاتجاه.
يُطلق على الجزء الأكبر من الصاروخ المخصص لإطلاق الصاروخ بأكمله وتسريعه اسم المرحلة الأولى. عندما تستنفد المرحلة الضخمة الأولى من الصاروخ متعدد المراحل جميع احتياطياته من الوقود أثناء التسارع، فإنه ينفصل. ويستمر المزيد من التسارع في المرحلة الثانية الأقل ضخامة، وتضيف بعض السرعة الإضافية إلى السرعة التي تم تحقيقها مسبقًا بمساعدة المرحلة الأولى، ثم تنفصل. وتستمر المرحلة الثالثة في زيادة السرعة إلى القيمة المطلوبة وتسليم الحمولة إلى المدار.
أول شخص يطير إلى الفضاء الخارجي كان مواطن الاتحاد السوفياتي يوري ألكسيفيتش غاغارين. 12 أبريل 1961 قام بالدوران حول الكرة الأرضية على القمر الصناعي فوستوك.
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.
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. إنه على طول طريق إنشاء صواريخ اقتصادية متعددة المراحل يطورها 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؛ فهو عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم قطريًا. 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 ك. 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 أن يتم 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 بسرعة عالية بما فيه الكفاية، فلن 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.................
لقد أنجزت العمل:
الطالب 10 كوالالمبور
سادوف ديمتري
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 التكنولوجيا
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 للألعاب الرياضية في كالوغا بعنوان "استكشاف مساحات العالم باستخدام الأدوات النفاثة". 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. وأظهر أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، أي جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود ومؤكسد موجود على الجهاز نفسه.
محرك نفاثهو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفث الغاز، بينما يكتسب المحرك سرعة في الاتجاه المعاكس.
تم تنفيذ الفكرة من قبل العلماء السوفييت تحت قيادة الأكاديمي سيرجي بافلوفيتش كوروليف. تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في التاريخ بواسطة صاروخ في الاتحاد السوفيتي في 4 أكتوبر 1957.
يجد مبدأ الدفع النفاث تطبيقًا عمليًا واسعًا في الطيران والملاحة الفضائية. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن لجسم أن يتفاعل معه وبالتالي يغير اتجاهه وحجم سرعته، ولذلك لا يمكن استخدام سوى الطائرات النفاثة، أي الصواريخ، في الرحلات الفضائية.
جهاز صاروخي
تعتمد حركة الصاروخ على قانون حفظ الزخم. إذا تم رمي أي جسم بعيدًا عن الصاروخ في وقت ما، فسوف يكتسب نفس الدفعة، ولكن يتم توجيهه في الاتجاه المعاكس
https://pandia.ru/text/80/073/images/image004_6.jpg" width="172 height=184" height="184">
أخطبوط
الحبار
قناديل البحر
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.
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 بشكل حاد 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.
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.
الشريحة 2
تطبيق الدفع النفاث في الطبيعة
لقد واجه الكثير منا في حياته قناديل البحر أثناء السباحة في البحر. لكن قلة من الناس يعتقدون أن قناديل البحر تستخدم أيضًا الدفع النفاث للتحرك. وفي كثير من الأحيان تكون كفاءة الحيوانات اللافقارية البحرية عند استخدام الدفع النفاث أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التكنولوجية.
الشريحة 3
يتم استخدام الدفع النفاث بواسطة العديد من الرخويات - الأخطبوطات والحبار والحبار.
الشريحة 4
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.
الشريحة 5
حبار
حققت الحبار أعلى مستويات الكمال في الملاحة النفاثة. حتى أجسادهم بأشكالها الخارجية تقلد الصاروخ (أو بالأحرى الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن له أولوية لا جدال فيها في هذا الأمر)
الشريحة 6
الحبار هو أكبر اللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات. يتحرك وفق مبدأ الدفع النفاث، ويمتص الماء، ثم يدفعه بقوة هائلة عبر ثقب خاص - "القمع"، وبسرعة عالية (حوالي 70 كم/ساعة) يدفع إلى الخلف. وفي الوقت نفسه، يتم تجميع جميع مخالب الحبار العشرة في عقدة فوق رأسه ويأخذ شكلًا انسيابيًا.
الشريحة 7
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. 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.
الشريحة 8
أخطبوط
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 التقاط السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، ولكن أيضًا كان يجدف بمخالبه.