الدفع النفاث في التكنولوجيا. المحركات النفاثة. أمثلة على الدفع النفاث في عالم الحيوان تطبيق الدفع النفاث في الحياة والطبيعة

الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا

ملخص عن الفيزياء

الحركة التفاعلية هي الحركة التي تحدث عندما ينفصل أي جزء منه عن الجسم بسرعة معينة.

تحدث القوة التفاعلية دون أي تفاعل مع الأجسام الخارجية.

طلب الدفع النفاثفي 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 أن تطير أيضًا. 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 اكتساب السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، بل كان يجدف أيضًا 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! عادة، 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 مساحة مفتوحة. 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 للكاتب 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.

المحرك النفاث هو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفاثة الغاز، ويكتسب 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 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. 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، قامت مركبتان فضائيتان سوفيتيتان، فيجا 1 وفيجا 2، بفحص مذنب هالي عن كثب، والذي يقترب من الشمس مرة كل 76 عامًا.

أفضل سيناريو هو المطالبة بالتصحيح..." ر. فاينمان إيفين مراجعة قصيرةيُظهر تاريخ تطور التكنولوجيا الحقيقة المذهلة للتطور الشبيه بالانهيار الجليدي العلم الحديثوالتكنولوجيا على نطاق تاريخ البشرية جمعاء. فإذا كان تحول الإنسان من الأدوات الحجرية إلى الأدوات المعدنية استغرق حوالي 2 مليون سنة؛ تحسين العجلة من عجلة خشبية صلبة إلى عجلة ذات محور، ...

التي ضاعت في أعماق القرون، كانت وستظل دائمًا مركزًا للعلم والثقافة الروسية: وستظل دائمًا منفتحة في الحركة الثقافية والعلمية على العالم أجمع. التكنولوجيا" - هذا ما يطلق عليه مشروع البحث(برئاسة إس إس إليزاروف)، التي نفذها معهد تاريخ العلوم الطبيعية والتكنولوجيا. إس آي فافيلوف من الأكاديمية الروسية للعلوم بدعم من...

نتائج سنوات عمله العديدة في مختلف مجالات البصريات الفيزيائية. لقد أرسى الأساس لاتجاه جديد في مجال البصريات، وهو ما أطلق عليه العلماء اسم البصريات الدقيقة. أولى فافيلوف اهتمامًا كبيرًا لقضايا فلسفة العلوم الطبيعية وتاريخ العلوم. يُنسب إليه الفضل في تطوير ونشر وتعزيز التراث العلمي لـ M. V. Lomonosov و V. V. Petrov و L. Euler. العالم يرأس لجنة التاريخ...

تعتبر الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا ظاهرة شائعة جدًا. ويحدث ذلك في الطبيعة عندما ينفصل جزء من الجسم عن جزء آخر بسرعة معينة. وفي هذه الحالة تظهر القوة التفاعلية دون تفاعل هذا الكائن مع الأجسام الخارجية.

من أجل فهم ما نحن نتحدث عنفمن الأفضل الرجوع إلى الأمثلة. في الطبيعة والتكنولوجيا عديدة. سنتحدث أولاً عن كيفية استخدام الحيوانات له، ثم كيف يتم استخدامه في التكنولوجيا.

قنديل البحر ويرقات اليعسوب والعوالق والرخويات

كثير من الناس، أثناء السباحة في البحر، صادفوا قناديل البحر. في البحر الأسود، على أي حال، هناك الكثير منهم. ومع ذلك، لم يدرك الجميع أن قناديل البحر تتحرك باستخدام الدفع النفاث. يتم استخدام نفس الطريقة من قبل يرقات اليعسوب، وكذلك بعض ممثلي العوالق البحرية. غالبًا ما تكون كفاءة الحيوانات البحرية اللافقارية التي تستخدمها أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التقنية.

تتحرك العديد من الرخويات بطريقة تهمنا. ومن الأمثلة على ذلك الحبار، والحبار، والأخطبوط. وعلى وجه الخصوص، يستطيع البطلينوس الإسكالوب التحرك للأمام باستخدام تيار من الماء يتم إخراجه من الصدفة عندما يتم ضغط صماماته بشكل حاد.

وهذه مجرد أمثلة قليلة من حياة عالم الحيوان التي يمكن الاستشهاد بها للتوسع في الموضوع: "الدفع النفاث في الحياة اليومية والطبيعة والتكنولوجيا".

كيف يتحرك الحبار؟

الحبار أيضًا مثير جدًا للاهتمام في هذا الصدد. مثل العديد من رأسيات الأرجل، يتحرك في الماء باستخدام الآلية التالية. من خلال قمع خاص يقع أمام الجسم، وكذلك من خلال شق جانبي، يأخذ الحبار الماء إلى تجويف الخياشيم. ثم ترميها بقوة عبر القمع. يقوم الحبار بتوجيه أنبوب القمع إلى الخلف أو إلى الجانب. يمكن تنفيذ الحركة في اتجاهات مختلفة.

الطريقة التي يستخدمها السالبا

الطريقة التي يستخدمها السالبا مثيرة للفضول أيضًا. هذا هو اسم حيوان بحري له جسم شفاف. عند التحرك، يسحب السالبا الماء باستخدام الفتحة الأمامية. وينتهي الماء في تجويف واسع، وتقع الخياشيم داخله قطريًا. يُغلق الثقب عندما يأخذ السالبا رشفة كبيرة من الماء. تنقبض عضلاتها المستعرضة والطولية وتضغط على جسم الحيوان بأكمله. يتم دفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. يتحرك الحيوان للأمام بسبب رد فعل الطائرة المتدفقة.

الحبار - "طوربيدات حية"

ربما يكون الاهتمام الأكبر هو المحرك النفاث الذي يمتلكه الحبار. يعتبر هذا الحيوان أكبر ممثل لللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات الكبيرة. في الملاحة النفاثة، حققت الحبار الكمال الحقيقي. حتى جسم هذه الحيوانات يشبه الصاروخ في شكله الخارجي. أو بالأحرى، هذا الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن الحبار هو الذي له الأولوية بلا منازع في هذا الأمر. إذا كان يحتاج إلى التحرك ببطء، يستخدم الحيوان لهذا زعنفة كبيرة على شكل الماس، والتي تنحني من وقت لآخر. إذا كانت هناك حاجة إلى رمية سريعة، يأتي المحرك النفاث للإنقاذ.

جسم الرخويات محاط من جميع الجوانب بنسيج عضلي عباءة. ما يقرب من نصف الحجم الإجمالي لجسم الحيوان هو حجم تجويفه. يستخدم الحبار تجويف الوشاح للتحرك عن طريق امتصاص الماء بداخله. ثم يقوم بطرد تيار الماء المتجمع بحدة من خلال فوهة ضيقة. ونتيجة لذلك، فإنه يدفع إلى الوراء بسرعة عالية. في الوقت نفسه، يطوي الحبار كل المخالب العشرة في عقدة فوق رأسه للحصول على شكل انسيابي. تحتوي الفوهة على صمام خاص، ويمكن لعضلات الحيوان أن تديره. وهكذا يتغير اتجاه الحركة.

سرعة الحبار مثيرة للإعجاب

يجب أن أقول أن محرك الحبار اقتصادي للغاية. يمكن أن تصل السرعة التي يمكنه الوصول إليها إلى 60-70 كم / ساعة. ويعتقد بعض الباحثين أنه يمكن أن تصل سرعته إلى 150 كم/ساعة. كما ترون، لا يسمى الحبار "الطوربيد الحي" من أجل لا شيء. يمكنه الدوران في الاتجاه المطلوب عن طريق ثني مخالبه المطوية في حزمة لأسفل أو لأعلى أو لليسار أو لليمين.

كيف يتحكم الحبار في حركته؟

نظرًا لأن عجلة القيادة كبيرة جدًا مقارنة بحجم الحيوان نفسه، فإن حركة بسيطة فقط لعجلة القيادة تكفي حتى يتمكن الحبار من تجنب الاصطدام بسهولة بأي عائق، حتى التحرك بأقصى سرعة. إذا قمت بتشغيله بشكل حاد، فسوف يندفع الحيوان على الفور في الاتجاه المعاكس. يقوم الحبار بثني نهاية القمع للخلف، ونتيجة لذلك، يمكنه تحريك رأسه أولاً. فإذا مالها إلى اليمين قذفه النفث إلى اليسار. ومع ذلك، عندما يكون من الضروري السباحة بسرعة، يقع القمع دائمًا مباشرة بين اللوامس. في هذه الحالة، يندفع الحيوان بذيله أولاً، مثل جري جراد البحر سريع الحركة إذا كان يتمتع بخفة المتسابق.

عندما لا تكون هناك حاجة للاندفاع، يسبح الحبار والحبار متموجين بزعانفهم. تمر عبرها موجات مصغرة من الأمام إلى الخلف. ينزلق الحبار والحبار برشاقة. إنهم يدفعون أنفسهم من وقت لآخر فقط بتيار من الماء ينطلق من تحت عباءتهم. الصدمات الفردية التي يتلقاها الرخويات أثناء ثوران نفاثات الماء مرئية بوضوح في مثل هذه اللحظات.

الحبار الطائر

بعض رأسيات الأرجل قادرة على التسارع حتى 55 كم / ساعة. ويبدو أنه لم يقم أحد بإجراء قياسات مباشرة، لكن يمكننا إعطاء مثل هذا الرقم بناءً على مدى وسرعة الحبار الطائر. اتضح أن هناك مثل هؤلاء الناس. يعتبر الحبار Stenoteuthis أفضل طيار بين جميع الرخويات. يطلق عليه البحارة الإنجليز اسم الحبار الطائر (الحبار الطائر). هذا الحيوان، الذي تظهر صورته أعلاه، صغير الحجم، بحجم الرنجة. فهو يطارد الأسماك بسرعة كبيرة لدرجة أنه كثيرًا ما يقفز خارج الماء، ويمر مثل السهم فوق سطحه. كما أنه يستخدم هذه الحيلة عندما يكون في خطر من الحيوانات المفترسة - الماكريل والتونة. بعد أن طور الحبار أقصى قوة دفع في الماء، ينطلق في الهواء ثم يطير على ارتفاع أكثر من 50 مترًا فوق الأمواج. عندما تطير، تكون عالية جدًا لدرجة أن الحبار الطائر المتكرر ينتهي به الأمر على أسطح السفن. ارتفاع 4-5 أمتار ليس رقما قياسيا بالنسبة لهم. في بعض الأحيان تطير الحبار الطائرة أعلى من ذلك.

ووصف الدكتور ريس، وهو باحث في الرخويات من بريطانيا العظمى، في مقالته العلمية ممثلاً لهذه الحيوانات، حيث كان طول جسمه 16 سم فقط، إلا أنه تمكن من الطيران لمسافة معقولة في الهواء، وبعد ذلك هبط على سطح البحر جسر لليخوت. وكان ارتفاع هذا الجسر يقارب 7 أمتار!

هناك أوقات تتعرض فيها السفينة لهجوم من قبل العديد من الحبار الطائر في وقت واحد. تريبيوس نيجر، كاتب قديم، روى ذات مرة قصة حزينة عن سفينة بدت غير قادرة على تحمل وزن هذه الحيوانات البحرية وغرقت. ومن المثير للاهتمام أن الحبار قادر على الإقلاع حتى بدون تسارع.

الأخطبوطات الطائرة

الأخطبوطات لديها أيضًا القدرة على الطيران. وشاهد جان فيراني، عالم الطبيعة الفرنسي، أحدهم يسرع في حوض السمك الخاص به ثم يقفز فجأة من الماء. قطع الحيوان قوسًا يبلغ ارتفاعه حوالي 5 أمتار في الهواء ثم سقط في الحوض. الأخطبوط، الذي اكتسب السرعة اللازمة للقفز، لم يتحرك فقط بفضل الدفع النفاث. كما أنها تجدف بمخالبها. الأخطبوطات فضفاضة، لذا فهي تسبح بشكل أسوأ من الحبار، ولكن في اللحظات الحرجة يمكن لهذه الحيوانات أن تعطي السبق لأفضل العدائين. أراد عمال متحف الأحياء المائية في كاليفورنيا التقاط صورة لأخطبوط يهاجم سلطعونًا. ومع ذلك، فإن الأخطبوط، الذي يندفع إلى فريسته، طور هذه السرعة التي كانت الصور، حتى عند استخدام وضع خاص، غير واضحة. وهذا يعني أن الرمية لم تدم سوى جزء من الثانية!

ومع ذلك، الأخطبوطات عادة تسبح ببطء شديد. وجد العالم جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، أن الأخطبوط الذي يبلغ حجمه 0.5 متر، يسبح بسرعة متوسطة تبلغ حوالي 15 كم/ساعة. كل تيار من الماء يرميه من القمع يدفعه للأمام (أو بالأحرى للخلف لأنه يسبح للخلف) بحوالي 2-2.5 متر.

"خيار التدفق"

يمكن اعتبار الحركة التفاعلية في الطبيعة والتكنولوجيا باستخدام أمثلة من عالم النبات لتوضيحها. ومن أشهرها الثمار الناضجة التي تسمى بأنها ترتد عن الساق عند أدنى لمسة. ثم، من الحفرة الناتجة، يتم إخراج سائل لزج خاص يحتوي على البذور بقوة كبيرة. الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس على مسافة تصل إلى 12 مترًا.

قانون الحفاظ على الزخم

يجب عليك بالتأكيد التحدث عنها عند التفكير في الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. تتيح لنا المعرفة تغيير سرعة حركتنا، على وجه الخصوص، إذا كنا في مساحة مفتوحة. على سبيل المثال، أنت تجلس في قارب ومعك عدة حجارة معك. إذا رميت بهم جانب معين، سوف يتحرك القارب في الاتجاه المعاكس. وينطبق هذا القانون أيضا في الفضاء الخارجي. ومع ذلك، لهذا الغرض يستخدمون

ما هي الأمثلة الأخرى للدفع النفاث التي يمكن ملاحظتها في الطبيعة والتكنولوجيا؟ تم توضيح قانون الحفاظ على الزخم بشكل جيد للغاية باستخدام مثال البندقية.

كما تعلمون، فإن اللقطة منه تكون مصحوبة دائمًا بالارتداد. لنفترض أن وزن الرصاصة كان يساوي وزن البندقية. في هذه الحالة، سوف يطيران بعيدًا بنفس السرعة. يحدث الارتداد بسبب إنشاء قوة رد فعل، نظرًا لوجود كتلة ملقاة. بفضل هذه القوة، يتم ضمان الحركة في الفضاء الخالي من الهواء وفي الهواء. كلما زادت سرعة وكتلة الغازات المتدفقة، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا. وبناء على ذلك، كلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل.

أحلام الطيران إلى الفضاء

لقد كان الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مصدرًا للأفكار الجديدة للعلماء لسنوات عديدة. لقرون عديدة، حلمت البشرية بالطيران إلى الفضاء. يجب الافتراض أن استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لم يستنفد نفسه بأي حال من الأحوال.

وبدأ كل شيء بحلم. لقد قدم لنا كتاب الخيال العلمي منذ عدة قرون وسائل مختلفة لكيفية تحقيق هذا الهدف المنشود. في القرن السابع عشر، ابتكر الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك قصة عن رحلة إلى القمر. وصل بطله إلى القمر الصناعي للأرض باستخدام عربة حديدية. كان يلقي باستمرار مغناطيسًا قويًا فوق هذا الهيكل. العربة، التي انجذبت إليه، ارتفعت أعلى فأعلى فوق الأرض. وأخيرا وصلت إلى القمر. وصعدت شخصية مشهورة أخرى، وهي بارون مونشاوزن، إلى القمر باستخدام ساق الفاصوليا.

بالطبع، في ذلك الوقت لم يكن يُعرف سوى القليل عن كيفية استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لجعل الحياة أسهل. لكن رحلة الخيال فتحت بالتأكيد آفاقًا جديدة.

في الطريق إلى اكتشاف مذهل

في الصين في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد. ه. اخترع الدفع النفاث لتشغيل الصواريخ. وكانت الأخيرة مجرد أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود. تم إطلاق هذه الصواريخ من أجل المتعة. تم استخدام المحرك النفاث في أحد تصميمات السيارات الأولى. هذه الفكرة كانت ملكاً لنيوتن.

فكر N.I أيضًا في كيفية ظهور الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. كيبالتشيش. هذا ثوري روسي، مؤلف المشروع الأول لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري. ولسوء الحظ، تم إعدام الثوري في 3 أبريل 1881. واتهم كيبالتشيش بالمشاركة في محاولة اغتيال الإسكندر الثاني. بالفعل في السجن، في انتظار تنفيذ عقوبة الإعدام، واصل دراسة هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام مثل الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، والتي تحدث عند فصل جزء من الجسم. ونتيجة لهذه الأبحاث، قام بتطوير مشروعه. وكتب كيبالتشيش أن هذه الفكرة تدعمه في موقفه. إنه مستعد لمواجهة وفاته بهدوء، مع العلم أن مثل هذا الاكتشاف المهم لن يموت معه.

تحقيق فكرة رحلة الفضاء

استمرت دراسة مظاهر الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا بواسطة K. E. Tsiolkovsky (صورته معروضة أعلاه). في بداية القرن العشرين، اقترح هذا العالم الروسي الكبير فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية. ظهرت مقالته حول هذه القضية في عام 1903. وقدم معادلة رياضية أصبحت الأكثر أهمية بالنسبة للملاحة الفضائية. وهي معروفة في عصرنا باسم "صيغة تسيولكوفسكي". تصف هذه المعادلة حركة جسم له كتلة متغيرة. في أعماله الإضافية، قدم رسمًا تخطيطيًا لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. طور تسيولكوفسكي، الذي يدرس استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا، تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل. كما جاء بفكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. هذه هي الاكتشافات التي توصل إليها العالم أثناء دراسته للدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا. الصواريخ، كما أظهر تسيولكوفسكي، هي الأجهزة الوحيدة التي يمكنها التغلب على الصاروخ، وقد عرّفه بأنه آلية ذات محرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود فيه. يقوم هذا الجهاز بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود، والتي تصبح الطاقة الحركية لنفث الغاز. يبدأ الصاروخ نفسه بالتحرك في الاتجاه المعاكس.

وأخيرا، انتقل العلماء، بعد أن درسوا الحركة التفاعلية للهيئات في الطبيعة والتكنولوجيا، إلى الممارسة العملية. كان سياتى مهمة واسعة النطاقتحقيق حلم البشرية الطويل الأمد. وقد تعاملت معها مجموعة من العلماء السوفييت بقيادة الأكاديمي إس بي كوروليف. لقد أدركت فكرة تسيولكوفسكي. تم إطلاق أول قمر صناعي لكوكبنا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 4 أكتوبر 1957. وبطبيعة الحال، تم استخدام الصاروخ.

كان يو أ. جاجارين (في الصورة أعلاه) هو الرجل الذي حظي بشرف كونه أول من طار إلى الفضاء الخارجي. وقع هذا الحدث المهم للعالم في 12 أبريل 1961. طار جاجارين حول العالم بأكمله على القمر الصناعي فوستوك. كان الاتحاد السوفييتي أول دولة وصلت صواريخها إلى القمر وحلقت حوله والتقطت صوراً للجانب غير المرئي من الأرض. بالإضافة إلى ذلك، كان الروس هم الذين زاروا كوكب الزهرة لأول مرة. لقد جلبوا الأدوات العلمية إلى سطح هذا الكوكب. رائد الفضاء الأمريكي نيل أرمسترونج هو أول إنسان يمشي على سطح القمر. هبط عليها في 20 يوليو 1969. في عام 1986، قامت فيجا 1 وفيجا 2 (سفن تابعة للاتحاد السوفييتي) باستكشاف مذنب هالي من مسافة قريبة، والذي يقترب من الشمس مرة واحدة فقط كل 76 عامًا. استكشاف الفضاء مستمر..

كما ترون، الفيزياء علم مهم ومفيد للغاية. يعد الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مجرد واحدة من القضايا المثيرة للاهتمام التي تتم مناقشتها فيه. وإنجازات هذا العلم مهمة جدًا جدًا.

كيف يتم استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا هذه الأيام

في الفيزياء، تم تحقيق اكتشافات مهمة بشكل خاص في القرون القليلة الماضية. وبينما تظل الطبيعة دون تغيير تقريبا، فإن التكنولوجيا تتطور بوتيرة سريعة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مبدأ الدفع النفاث على نطاق واسع ليس فقط من قبل مختلف الحيوانات والنباتات، ولكن أيضًا في الملاحة الفضائية والطيران. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن للجسم أن يستخدمه للتفاعل من أجل تغيير مقدار واتجاه سرعته. ولهذا السبب يمكن استخدام الصواريخ فقط للتحليق في الفضاء الخالي من الهواء.

اليوم، يتم استخدام الدفع النفاث بنشاط في الحياة اليومية والطبيعة والتكنولوجيا. ولم يعد الأمر لغزا كما كان من قبل. ومع ذلك، لا ينبغي للإنسانية أن تتوقف عند هذا الحد. آفاق جديدة أمامنا. أود أن أصدق أن الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، الموصوفة بإيجاز في المقالة، ستلهم شخصًا ما لتحقيق اكتشافات جديدة.

اليوم، يربط معظم الناس في المقام الأول الدفع النفاث، بالطبع، بأحدث الأبحاث العلمية التطورات التقنية. نعلم من كتب الفيزياء المدرسية أننا نعني بكلمة "رد الفعل" الحركة التي تحدث نتيجة انفصال أي جزء منه عن الجسم (الجسم). أراد الإنسان أن يرتفع إلى السماء إلى النجوم، أراد أن يطير، لكنه لم يتمكن من تحقيق حلمه إلا مع ظهور الطائرات النفاثة وسفن الفضاء المتدرجة، القادرة على السفر لمسافات شاسعة، والتسارع إلى سرعات تفوق سرعة الصوت، وذلك بفضل تم تركيب محركات نفاثة حديثة عليها. كان المصممون والمهندسون يطورون إمكانية استخدام الدفع النفاث في المحركات. كما أن كتاب الخيال العلمي لم يقفوا جانباً، حيث قدموا الأفكار والطرق الأكثر روعة لتحقيق هذا الهدف. والمثير للدهشة أن مبدأ الحركة هذا منتشر على نطاق واسع في الحياة البرية. فقط انظر حولك، يمكنك ملاحظة سكان البحار والأرض، ومن بينهم نباتات، أساس حركتها مبدأ رد الفعل.

قصة

حتى في العصور القديمة، درس العلماء وحللوا باهتمام الظواهر المرتبطة بالحركة النفاثة في الطبيعة. كان هيرون من أوائل الذين أثبتوا جوهرها من الناحية النظرية ووصفوها، وهو ميكانيكي ومنظر لليونان القديمة، الذي اخترع أول محرك بخاري سمي باسمه. تمكن الصينيون من العثور على تطبيقات عملية للطريقة التفاعلية. لقد كانوا أول من ابتكر الصواريخ في القرن الثالث عشر، واعتمدوا طريقة حركة الحبار والأخطبوطات كأساس. تم استخدامها في الألعاب النارية وإنتاجها انطباع عظيموأيضًا، مثل قنابل الإشارة، ربما كانت هناك صواريخ قتالية تم استخدامها كمدفعية صاروخية. ومع مرور الوقت، وصلت هذه التكنولوجيا إلى أوروبا.

كان رائد العصر الحديث هو N. Kibalchich، الذي توصل إلى تصميم نموذج أولي للطائرة بمحرك نفاث. لقد كان مخترعًا بارزًا وثوريًا مقتنعًا، وقد سُجن بسببه. أثناء وجوده في السجن صنع التاريخ من خلال إنشاء مشروعه. بعد إعدامه بسبب أنشطته الثورية النشطة ومعارضته للنظام الملكي، تم نسيان اختراعه على رفوف الأرشيف. بعد مرور بعض الوقت، تمكن K. Tsiolkovsky من تحسين أفكار كيبالتشيش، مما يثبت إمكانية استكشاف الفضاء الخارجي من خلال الدفع التفاعلي للسفن الفضائية.

في وقت لاحق، خلال العظمى الحرب الوطنيةوظهرت صواريخ الكاتيوشا الشهيرة وأنظمة المدفعية الصاروخية الميدانية. هذا هو الاسم الحنون الذي أطلقه الناس بشكل غير رسمي على المنشآت القوية التي تستخدمها قوات الاتحاد السوفييتي. من غير المعروف على وجه اليقين سبب حصول السلاح على هذا الاسم. وكان السبب في ذلك إما شعبية أغنية بلانتر، أو الحرف "K" الموجود على جسم الهاون. بمرور الوقت، بدأ جنود الخطوط الأمامية في إعطاء ألقاب للأسلحة الأخرى، وبالتالي خلق تقليد جديد. أطلق الألمان على قاذفة الصواريخ القتالية هذه اسم "عضو ستالين". مظهروالتي تشبه آلة موسيقية وصوت خارق يصدر من إطلاق الصواريخ.

عالم الخضار

يستخدم ممثلو الحيوانات أيضًا قوانين الدفع النفاث. معظم النباتات التي تتمتع بهذه الخصائص هي النباتات الحولية والنباتات المعمرة الصغيرة: الكارب الشائك، والقدم المجرفة الشائعة، وخشب القلب إمباتينز، والبيكولنيك ذو القطعتين، والمرينجيا ثلاثية العروق.

ينتمي الخيار الشائك، المعروف أيضًا باسم الخيار المجنون، إلى عائلة اليقطين. يصل هذا النبات إلى أحجام كبيرة، وله جذر سميك ذو ساق خشن وأوراق كبيرة. ينمو في آسيا الوسطى والبحر الأبيض المتوسط ​​والقوقاز، وهو شائع جدًا في جنوب روسيا وأوكرانيا. داخل الثمرة خلال فترة نضج البذور تتحول إلى مخاط يبدأ تحت تأثير درجات الحرارة في التخمر وإطلاق الغازات. أقرب إلى النضج، يمكن أن يصل الضغط داخل الفاكهة إلى 8 أجواء. ثم، بلمسة خفيفة، تنفصل الثمرة عن القاعدة وتتطاير البذور المحتوية على سائل من الثمرة بسرعة 10 م/ث. نظرًا لقدرته على إطلاق النار بطول 12 مترًا، أطلق على المصنع اسم "مسدس السيدات".

خشب القلب Impatiens هو نوع سنوي واسع الانتشار. توجد عادة في الغابات المظللة على طول ضفاف الأنهار. مرة واحدة في الجزء الشمالي الشرقي من أمريكا الشمالية وجنوب أفريقيا، نجحت في ترسيخها. يتم نشر Touch-me-not بواسطة البذور. بذور النبتات صغيرة الحجم، لا يزيد وزنها عن 5 ملغ، ويتم رميها على مسافة 90 سم. وبفضل طريقة نثر البذور هذه، حصل النبات على اسمه.

عالم الحيوان

الدفع النفاث - حقائق مثيرة للاهتمامالمتعلقة بعالم الحيوان. في رأسيات الأرجل، يحدث الدفع النفاث عن طريق زفير الماء من خلال سيفون، والذي عادةً ما يتناقص تدريجيًا إلى فتحة صغيرة لتلقي السرعة القصوىالزفير. يمر الماء عبر الخياشيم قبل الزفير، محققًا الغرض المزدوج المتمثل في التنفس والحركة. تستخدم الأرانب البحرية، المعروفة أيضًا باسم بطنيات الأقدام، وسائل مماثلة للحركة، ولكن بدون الجهاز العصبي المعقد الموجود في رأسيات الأرجل، فإنها تتحرك بشكل أخرق.

طورت بعض أسماك الفارس أيضًا الدفع النفاث، مما يجبر الماء على خياشيمها لاستكمال حركة الزعانف.

في يرقات اليعسوب، يتم تحقيق القوة التفاعلية عن طريق إزاحة الماء من تجويف متخصص في الجسم. الأسقلوب والكارديات والسيفونوفور والسترات (مثل الملح) وبعض قناديل البحر تستخدم أيضًا الدفع النفاث.

في معظم الأحيان، يرقد الإسكالوب بهدوء في القاع، ولكن إذا ظهر خطر، فإنه يغلق بسرعة صمامات أصدافه، لذلك يقوم بدفع الماء للخارج. تتحدث آلية السلوك هذه أيضًا عن استخدام مبدأ الحركة التفاعلية. بفضله، يمكن للاسكالوب أن يطفو ويتحرك لمسافات طويلة باستخدام تقنية فتح وإغلاق الصدفة.

ويستخدم الحبار أيضًا هذه الطريقة، فيمتص الماء، ثم يدفعه عبر القمع بقوة كبيرة ويتحرك بسرعة لا تقل عن 70 كم/ساعة. من خلال جمع المجسات في عقدة واحدة، يشكل جسم الحبار شكلاً انسيابيًا. وباستخدام محرك الحبار هذا كأساس، صمم المهندسون مدفع مياه. يتم امتصاص الماء الموجود فيه إلى الغرفة ثم يتم التخلص منه عبر الفوهة. وبالتالي، يتم توجيه السفينة في الاتجاه المعاكس للطائرة المقذوفة.

بالمقارنة مع الحبار، تستخدم Salps المحركات الأكثر كفاءة، حيث تنفق طاقة أقل بكثير من الحبار. أثناء تحركه، يطلق السالبا الماء في الفتحة الموجودة في المقدمة، ثم يدخل في التجويف الواسع حيث تمتد الخياشيم. بعد رشفة، يتم إغلاق الثقب، وبمساعدة انقباض العضلات الطولية والعرضية التي تضغط على الجسم، يتم إطلاق الماء من خلال الثقب الموجود في الخلف.

أكثر آليات الحركة غرابة هي القطة الشائعة. اقترح مارسيل ديسبريس أن الجسم قادر على الحركة وتغيير موضعه حتى بمساعدة القوى الداخلية وحدها (دون دفع أو الاعتماد على أي شيء)، ومن هنا يمكن استنتاج أن قوانين نيوتن قد تكون خاطئة. والدليل على افتراضه يمكن أن يكون قطة سقطت من ارتفاع. إذا سقطت رأسًا على عقب، فسوف تهبط على كل كفوفها؛ وقد أصبح هذا بالفعل نوعًا من البديهية. وبعد تصوير حركة القطة بالتفصيل، تمكنا من رؤية كل ما فعلته في الهواء من خلال الإطارات. رأيناها تحرك كفها، مما سبب استجابة من جسدها، تتجه في الاتجاه الآخر بالنسبة لحركة كفها. وبموجب قوانين نيوتن، هبطت القطة بنجاح.

عند الحيوانات، كل شيء يحدث على مستوى الغريزة؛ والإنسان بدوره يفعل ذلك بوعي. تمكن السباحون المحترفون، بعد أن قفزوا من البرج، من الدوران في الهواء ثلاث مرات، وتمكنوا من إيقاف الدوران، والاستقامة بشكل عمودي بشكل صارم والغوص في الماء. وينطبق نفس المبدأ على لاعبي الجمباز في السيرك الجوي.

بغض النظر عن مقدار محاولات الناس تجاوز الطبيعة من خلال تحسين الاختراعات التي ابتكرتها، ما زلنا لم نحقق بعد هذا الكمال التكنولوجي عندما تتمكن الطائرات من تكرار تصرفات اليعسوب: التحليق في الهواء، أو التراجع على الفور أو التحرك إلى الجانب. وكل هذا يحدث بسرعة عالية. ربما سيمر المزيد من الوقت وستتمكن الطائرات، بفضل التعديلات التي تم إجراؤها على الديناميكا الهوائية وقدرات اليعسوب النفاثة، من القيام بمنعطفات حادة وتصبح أقل عرضة للإصابة الظروف الخارجية. بالنظر إلى الطبيعة، لا يزال بإمكان الإنسان أن يتحسن كثيرًا لصالح التقدم التقني.

عدة أطنان ترتفع إلى السماء سفن الفضاءوقنديل البحر الجيلاتيني الشفاف والحبار والأخطبوطات يناورون بمهارة في مياه البحر - ما هو القاسم المشترك بينهم؟ وتبين أنه في كلتا الحالتين يتم استخدام مبدأ الدفع النفاث للتحرك. هذا هو الموضوع الذي خصصت له مقالتنا اليوم.

دعونا ننظر في التاريخ

أكثر تعود المعلومات الموثوقة الأولى عن الصواريخ إلى القرن الثالث عشر.وقد استخدمها الهنود والصينيون والعرب والأوروبيون في القتال كأسلحة قتالية وإشارات. ثم أعقب ذلك قرون من النسيان شبه الكامل لهذه الأجهزة.

وفي روسيا، تم إحياء فكرة استخدام المحرك النفاث بفضل أعمال الثوري نيكولاي كيبالتشيش. تطور أثناء جلوسه في الزنزانات الملكية المشروع الروسيمحرك نفاث و الطائراتللناس. تم إعدام كيبالتشيش، وتراكم الغبار على مشروعه لسنوات عديدة في أرشيفات الشرطة السرية القيصرية.

الأفكار الأساسية والرسومات والحسابات لهذا الموهوب و رجل شجاعيملك مزيد من التطويرفي أعمال K. E. Tsiolkovsky، الذي اقترح استخدامها للاتصالات بين الكواكب. وفي الفترة من 1903 إلى 1914، نشر عددًا من الأعمال التي أثبت فيها بشكل مقنع إمكانية استخدام الدفع النفاث لاستكشاف الفضاء وبرر جدوى استخدام الصواريخ متعددة المراحل.

لا تزال العديد من التطورات العلمية لتسيولكوفسكي تُستخدم في علم الصواريخ حتى يومنا هذا.

الصواريخ البيولوجية

كيف نشأت حتى؟ فكرة التحرك عن طريق دفع التيار النفاث الخاص بك؟ربما، من خلال مراقبة الحياة البحرية عن كثب، لاحظ سكان المناطق الساحلية كيف يحدث هذا في عالم الحيوان.

على سبيل المثال، إكليليتحرك بسبب القوة التفاعلية لنفث الماء المنبعث من الغلاف أثناء الضغط السريع لصماماته. لكنه لن يتمكن أبدًا من مواكبة أسرع السباحين - الحبار.

تندفع أجسامها التي على شكل صاروخ إلى الذيل أولاً، وتطرد المياه المخزنة من قمع خاص. تتحرك وفقًا لنفس المبدأ، وتضغط الماء عن طريق تقليص القبة الشفافة.

لقد وهبت الطبيعة نباتًا يسمى "المحرك النفاث" "خيار التدفق".عندما تنضج ثمارها تمامًا، استجابة لأدنى لمسة، فإنها تطلق الغلوتين بالبذور. يتم إلقاء الفاكهة نفسها في الاتجاه المعاكس على مسافة تصل إلى 12 مترًا!

لا مخلوقات البحرولا تعرف النباتات القوانين الفيزيائية التي تقوم عليها طريقة الحركة هذه. سنحاول معرفة ذلك.

الأساس المادي لمبدأ الدفع النفاث

أولا، دعونا ننتقل إلى أبسط تجربة. دعونا نضخم كرة مطاطيةوبدون توقف، سوف نسمح لك بالطيران بحرية. ستستمر الحركة السريعة للكرة طالما أن تيار الهواء المتدفق منها قوي بدرجة كافية.

ولتفسير نتائج هذه التجربة لا بد من الرجوع إلى القانون الثالث الذي ينص على ذلك يتفاعل جسمان مع قوتين متساويتين في الحجم ومتعاكستين في الاتجاه.وبالتالي، فإن القوة التي تؤثر بها الكرة على نفاثات الهواء الخارجة منها تساوي القوة التي يدفع بها الهواء الكرة بعيدًا عن نفسه.

دعونا ننقل هذه الحجج إلى صاروخ. تقوم هذه الأجهزة بإخراج جزء من كتلتها بسرعة هائلة، ونتيجة لذلك تتلقى هي نفسها تسارعًا في الاتجاه المعاكس.

هذا من وجهة نظر الفيزياء يتم شرح العملية بوضوح من خلال قانون الحفاظ على الزخم.الزخم هو نتاج كتلة الجسم وسرعته (mv). عندما يكون الصاروخ في حالة سكون، تكون سرعته وزخمه صفرًا. إذا تم إخراج تيار نفاث منه، فإن الجزء المتبقي، وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم، يجب أن يكتسب سرعة بحيث يظل الزخم الإجمالي مساويًا للصفر.

دعونا نلقي نظرة على الصيغ:

m g v g + m r v r =0;

م ز ف ز =- م ص ف ص،

أين م ز ضد زالدفع الناتج عن تدفق الغازات، mpvp هو الدفع الذي يتلقاه الصاروخ.

تشير علامة الطرح إلى أن اتجاه حركة الصاروخ والتيار النفاث متعاكسان.

تصميم ومبدأ تشغيل المحرك النفاث

في مجال التكنولوجيا، تدفع المحركات النفاثة الطائرات والصواريخ وتطلق المركبات الفضائية إلى المدار. اعتمادا على الغرض منها، لديهم أجهزة مختلفة. لكن كل واحد منهم لديه مخزون من الوقود وغرفة احتراقه وفوهة تعمل على تسريع التيار النفاث.

تم تجهيز المحطات الأوتوماتيكية بين الكواكب أيضًا بحجرة أدوات وكبائن مزودة بنظام دعم الحياة لرواد الفضاء.

الصواريخ الفضائية الحديثة عبارة عن طائرات معقدة ومتعددة المراحل تستخدم أخر الانجازاتالفكر الهندسي. بعد الإطلاق، يحترق الوقود الموجود في المرحلة السفلية أولاً، وبعد ذلك ينفصل عن الصاروخ، مما يقلل من كتلته الإجمالية ويزيد من سرعته.

ثم يتم استهلاك الوقود في المرحلة الثانية، وما إلى ذلك. وأخيرا، يتم إطلاق الطائرة في مسار معين وتبدأ رحلتها المستقلة.

دعونا نحلم قليلا

أعطى الحالم والعالم العظيم K. E. Tsiolkovsky للأجيال القادمة الثقة في أن المحركات النفاثة ستسمح للبشرية بالهروب إلى ما وراء الغلاف الجوي للأرض والاندفاع إلى الفضاء. وقد تحققت توقعاته. يتم استكشاف القمر وحتى المذنبات البعيدة بنجاح بواسطة المركبات الفضائية.

تُستخدم المحركات النفاثة السائلة في الملاحة الفضائية. استخدام المنتجات البترولية كوقود، إلا أن السرعات التي يمكن تحقيقها بمساعدتها لا تكفي للرحلات الطويلة جداً.

ربما ستشهدون، أيها القراء الأعزاء، رحلات جوية لأبناء الأرض إلى مجرات أخرى على أجهزة ذات محركات نووية أو نووية حرارية أو أيونية.

إذا كانت هذه الرسالة مفيدة لك، سأكون سعيدًا برؤيتك

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 أن تطير أيضًا. 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 اكتساب السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، بل كان يجدف أيضًا بمخالبه.