Реактивний рух

ВСТУП

ДЛЯ НОТАТОК

Самостійна робота – це робота студентів, яка планується та виконується по завданню і методичному керівництву викладача. Вона необхідна не тільки для оволодіння предметом, але і для формування навичок самостійної роботи взагалі; навчальної, наукової, професійної діяльності, для того щоб самостійно вирішувати проблеми, знаходити конструктивний вихід із кризової ситуації тощо.

Незалежно від характеру спеціалізації, будь-який майбутній молодший спеціаліст повинен мати фундаментальні знання, професійні вміння і навички діяльності, досвід соціально-оціночної роботи. Ці складові освіти формуються в процесі самостійної роботи студентів, починаючи з І курсу.

Згідно до Положення про організацію навчального процесу у вищих навчальних закладах, самостійна робота студентів є основним засобом оволодіння навчальним матеріалом у час, вільний від обов’язкових навчальних занять.

Самостійна робота з фізики – не самоціль, а засіб боротьби за глибокі та міцні знання, засіб формування у студентів умінь і навичок застосовувати знання на практиці, розвивати активність і самостійність.

Одним із важливих пізнавальних вмінь студентів є вміння набувати знання на основі самостійної роботи з друкованим текстом. Аналіз видів діяльності з навчальною та додатковою літературою показав, що на І курсі студентів треба навчити раціональним засобам організації самостійної роботи. У зв’язку з цим самостійні роботи з фізики ставлять за мету розвивати у студентів уміння пояснювати рисунки, аналізувати графіки, працювати з таблицями, користуватись предметними покажчиками тощо.

Одним із найважливіших засобів набуття умінь та навичок практичного застосування наукових знань є розв’язування фізичних задач. Одночасно це засіб розвитку мислення, формування волі і характеру особистості. У набутті умінь та навичок розв’язку задач вирішальне значення має самостійна праця студентів. Для цього у методичних вказівках підібрано по кожній темі самостійних робіт змістовні і навчальні задачі, розроблено систему питань, які перевірили б готовність студентів в теоретичному плані, залучили студентів до самостійного розв’язку задач.

Кожна самостійна робота включає в себе тему, мету, план вивчення, основні теоретичні відомості, завдання для перевірки знань, рекомендовану літературу. Тему, мету, план роботи і виконувані завдання слід записувати в спеціальному зошиті для самостійних робіт.

Основні теоретичні відомості є стислим викладом теми, а іноді доповненням теоретичного матеріалу, що є у підручнику і довідковій літературі. Конспектувати основні теоретичні відомості не обов’язково, але рекомендовано для попереднього читання перед виконанням роботи.

Кожна самостійна робота містить завдання для практичного закріплення вивченого матеріалу. Їх виконання обов’язкове. У тих роботах, що мають тільки теоретичний матеріал, закріплення запропоновано у вигляді криптограми. Структуру кросворду бажано зберегти і ключове слово виділити.

На питання слід дати стислу відповідь, на переписуючи питання.

На основі даних результату роботи зі студентами І курсу коледжу по реалізації оптимальних методів самостійної роботи в даних методичних вказівках враховано:

1) їх доступність для студентів;

2) оптимальний об’єм опрацювання кожної самостійної роботи;

3) використання різноманітних форм та методів виконання самостійних робіт;

4) принцип раціональних засобів організації самостійної роботи.

Тільки використання всіх цих засобів у сукупності дає можливість підготувати студента з високим якісним показником знань матеріалу, що винесено на самостійне вивчення з предмета «Фізика».

1 ПЕРЕЛІК ТЕМ САМОСТІЙНИХ РОБІТ З ФІЗИКИ

Складено відповідно до робочої навчальної програми з предмета «Фізика».

Тема № 1 Закон додавання переміщень і швидкостей

Тема № 2 Реактивний рух

Тема № 3 Роль теплових двигунів у техніці і народному господарстві

Тема № 4 Речовина в електричному полі. Вплив електричного поля на живі організми

Тема № 5 Застосування магнітних матеріалів. Вплив магнітного поля на живі організми

Тема № 6 Інтерференція та дифракція світла в природі і техніці Тема № 7 Класифікація та властивості елементарних частинок

2 ПЕРЕЛІК САМОСТІЙНИХ РОБІТ

Самостійна робота № 1

Тема: Закон додавання переміщень і швидкостей.

Мета:

Знати - фізичний зміст переміщення і швидкості; закон додавання цих векторних величин.

Вміти - пояснити відносність механічного руху; розв’язувати задачі на визначення кінематичних величин під час різних видів механічного руху.

План вивчення теми:

1. Поняття шляху, переміщення, швидкості, відносності руху.

2. Закон додавання переміщень.

3. Закон додавання швидкостей.

Основні теоретичні відомості

Траєкторією руху матеріальної точки називається уявна лінія в просторі, вздовж якої точка рухається. Приклади: хмаркоподібний слід у небі від літака, що рухається на великій висоті; слід, який залишає на папері ампула авторучки, та ін.

Шлях s - це відстань, яку проходить матеріальна точка вздовж траєкторії за

якийсь проміжок часу. 
Переміщенням матеріальної точки на даній ділянці траєкторії називається

Рис. 1.1 напрямлений відрізок, який сполучає

початкову і кінцеву точки траєкторії. (Рис. 1.1)
Деякі фізичні величини характеризуються лише числовими значеннями і називаються скалярними величинами, або скалярами (шлях, час). Інші величини, що характеризуються ще й напрямком у просторі (швидкість, сила, переміщення), називаються векторними величинами, або векторами, і позначаються стрілкою над буквеними символами цих величин . Числові значення таких величин називаються модулями векторів. 

Відносність руху

Поняття руху і спокою не є абсолютними. Приклад: у вагоні потяга, що рухається, пасажир А сидить, пасажири В і С ідуть з однаковими швидкостями, а за ними всіма з перона спостерігає крізь великі вікна проводжаючий Д. Відносно об’єктів B, C і Д рухається вагон; об’єкти B і C рухаються відносно А, а відносно один одного — ні. Нарешті, якби числові значення швидкості вагона і швидкості ходьби пасажирів B і С були однакові, то вони

були б нерухомими відносно спостерігача Д. (Рис.1.2)
Отже, рух будь-якого тіла можна розглядати лише відносно якогось іншого тіла.

Швидкість тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює геометричній сумі швидкості тіла відносно рухомої системи і швидкості рухомої системи відносно нерухомої. Припустімо, що пасажир рухається в вагоні потягу, який теж рухається. Для того, щоб знайти Рис. 1.2 швидкість пасажира відносно землі,

необхідно векторно додати швидкість пасажира відносно вагону і швидкість потягу відносно землі.

Переміщення відносно нерухомої системи відліку дорівнює геометричній сумі переміщення тіла відносно рухомої системи і переміщення рухомої системи відносно нерухомої.

Рис. 1.3

Якщо точка бере участь у двох незалежних прямолінійних і рівномірних рухах зі швидкостями і (Рис. 1.3), то швидкість результуючого руху визначають за формулою: .

Це закондодавання швидкостей: швидкість руху тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює геометричній сумі швидкості цього тіла відносно рухомої системи відліку і швидкості самої рухомої системи відліку відносно нерухомої системи.

Модуль результуючої швидкості човна (Рис. 1.3) у випадку довільного кута, a між швидкістю течії річки і швидкістю човна відносно течії дорівнює: . Якщо кут прямий, то ; якщо човен рухається за течією: , проти течії .

Практичне закріплення вивченого матеріалу

№ з/п	Вид завдання	Бали
	Дати у зошиті відповіді на питання: 1.1 Що таке система відліку? Яка відмінність між тілом відліку і системою відліку? 1.2 Чим відрізняється шлях від переміщення? Відповідь дайте за допомогою пояснювального рисунку. 1.3 У чому полягає відносність руху та за якими формулами розраховують модуль результуючої швидкості під час руху тіла в різних напрямах зі швидкістю відносно рухомої системи координат, що рухається відносно нерухомої зі швидкістю ?
Розв’язати задачу: 2.1 Швидкість течії річки = 1,5 м/с, швидкість човна відносно води = 2,0 м/с. Визначити швидкість човна відносно берега у випадках, коли човен рухається за течією та проти течії. [3,5 м/с; 0,5 м/с]

Самостійна робота № 2

Тема: Реактивний рух.

Мета:

Знати - фізичний зміст реактивного руху.

Вміти - пояснити особливість реактивного руху; розв’язувати задачі на визначення швидкостей і мас тіл, які здійснюють реактивний рух.

План вивчення теми:

1. Поняття реактивного руху.

2. Реактивні двигуни, їх типи.

Рекомендована література

Генденштейн Л.Е., Ненашев І.Ю. Фізика для 10 кл. Рівень стандарту. Х.: Гімназія, 2010.- с. 128-130

Основні теоретичні відомості

· Рух тіл, який виникає під час відокремлення від тіла частини його маси з певною швидкістю відносно тіла

Наприклад, під час витікання продуктів згоряння з сопла реактивного літального апарата. У цьому випадку тіло набуває імпульсу, напрямленого протилежно струменя витікаючого газу.

або

· Рух тіл, який виникає під час приєднання до тіла рухомих мас

Наприклад, якщо в човен, який стояв нерухомо, кинути камінь, то човен почне рухатися в напрямі польоту каменя. Кидаючи камені один за одним, ми надамо човну пульсуючого імпульсу, напрямленого в бік руху каменів.

Тіло набуває імпульсу в результаті того, що маса тіла постійно змінюється (зменшується або збільшується)

Головна особливість реактивного руху

полягає в тому, що тіло (ракета) може як прискорюватися, так і гальмуватися без будь-якої взаємодії з іншими (зовнішніми) тілами.

Нехай маса газу, в який перетворюється в ракеті пальне, дорівнює , а швидкість його витікання . Масу оболонки та її швидкість позначимо через і . Згідно закону збереження імпульсу:

в проекції на напрям руху оболонки

(2.1)

Рівняння (2.1) застосовується для обчислення модуля швидкості ракети за умови незначної зміни маси ракети в результаті роботи її двигунів. З рівняння (2.1) видно, що швидкість ракети тим більша, чим більша швидкість витікання газу і чим більшим є відношення маси пального до маси оболонки.

Реактивні двигуни.

Теплові двигуни, які використовують реактивну тягу витікаючих газів, називають реактивними. Паливо в них згоряє в спеціальних камерах, і тому їх відносять до ДВЗ.

Коротко розглянемо кілька типів реактивних двигунів.

Один з найпростіших за конструкцією — прямоточний повітряно-реактивний двигун (Рис. 2.1).

Він є трубою, в яку зустрічний потік нагнітає повітря, а рідке паливо впорскується в неї і підпалюється. Розжарені гази вилітають із труби з Рис. 2.1 великою швидкістю, надаючи

їй (за законом збереження імпульсу) реактивної тяги. Недоліком цього двигуна є те, що для створення тяги він має рухатися відносно повітря, тобто самостійно злетіти він не може, його треба спочатку розігнати за допомогою двигуна іншого типу. Прямоточний повітряно-реактивний двигун ефективно працює на швидкостях порядку 2000— 3000 км/год, а найбільшу силу тяги розвиває за швидкості 6000— 7000км/год.

Якщо в реактивному двигуні є турбіна, яка працює за рахунок енергії витікаючої струмини газів, і компресор, який всмоктує повітря і нагнітає його в камеру згоряння, то такий двигун називають турбокомпресорним. (Рис.2.2). Під час запуску двигуна стартер починає обертати вал, на якому розміщені турбокомпресор 2 і газова турбіна 4. Через забірник 1 стискуване

Рис. 2.2

турбокомпресором повітря потрапляє в камеру згоряння 3, куди вбризкується паливо. Тут воно підпалюється, продукти згоряння, пройшовши через газову турбіну 4, яка обертає компресор, витікають через сопло 5, створюючи реактивну тягу.

Залежно від розподілу потужності ці двигуни поділяють на турбореактивні і турбогвинтові.

Використовувати ракети для освоєння космосу запропонували К.Е. Ціолковський та М.І. Кибальчич. Великий внесок в освоєння космічного простору зробив Ю.В. Кондратюк: його ім’ям названо розраховану ним траєкторію польоту до інших планет.

Перший штучний супутник Землі запущено в 1957 р. під керівництвом С.П. Корольова. Першим космонавтом незалежної України став Леонід Каденюк.

Для міжнародного космічного проекту «Морський старт» в Україні створено одну з найдосконаліших ракет у світі «Зенит».

Реактивний рух використовується й у природі: наприклад, медуза, кальмар, наутілус, восьминіг рухаються завдяки тому, що викидають струмінь води.

Практичне закріплення вивченого матеріалу

№ з/п	Вид завдання	Бали
	Дати у зошиті відповіді на питання: 1.1 Коли спостерігається реактивний рух? Наведіть конкретні приклади. 1.2 Як визначити початкову швидкість ракети при її польоті на орбіту Землі? (Розкрити зміст величин, які входять у формулу) 1.3 Що таке реактивні двигуни та на які типи вони розділяються і чому?
Розв’язати криптограму: 2.1 Ключове слово – прізвище першого космонавта незалежної України. 1. Пристрій, що переміщується в просторі завдяки реактивному руху. 2. Перший космонавт світу. 3. Прізвище вченого, чиї розрахунки були використані NASA в місячній програмі «Аполлон». 4. Одна з найдосконаліших ракет світу, яка була створена в Україні. 5. Морська тварина, яка рухається завдяки струмені води. 6. Назва типу двигуна, у якому турбіна працює за рахунок енергії витікаючої струмини води.

Самостійна робота № 3

Тема: Роль теплових двигунів у техніці і народному господарстві.

Мета:

Знати - характеристики теплових машин, фізичний зміст ККД.

Вміти - пояснити роль двигунів у техніці та народному господарстві та їх вплив на оточуюче середовище.

План вивчення теми:

1. Характеристики теплових двигунів

2. Застосування теплових двигунів у техніці та народному господарстві.

3. Перспективні шляхи покращення екології.

Рекомендована література

Генденштейн Л.Е., Ненашев І.Ю. Фізика для 10 кл. Рівень стандарту. Х.: Гімназія, 2010.- с. 247 - 250

Основні теоретичні відомості

Характеристика деяких теплових машин

Теплова машина	Робоче тіло	Температура, Κ	η, %	ККД машини, %
нагрів- ника	холоди- льника
Поршнева парова машина   Парова турбіна   Дизель   Карбюра- торний двигун	Пара     Пара   Продукти згоряння палива Продукти згоряння палива	2000-2100			7—15     20—25     30—39     18—24

Таблиця 3.1

ККД теплових машин (Таблиця 3.1) можна розрахувати так: (3.1)

Теплові машини широко використовуються в народному господарстві. Залізничними магістралями водять состави потужні тепловози, водними шляхами — теплоходи. Мільйони автомобілів із двигунами внутрішнього згоряння перевозять вантажі й пасажирів. Поршневі, турбогвинтові та турбореактивні двигуни встановлені на літаках і вертольотах. За допомогою ракетних двигунів здійснюються запуски штучних супутників, космічних кораблів і станцій. Двигуни внутрішнього згоряння є основою механізації виробничих процесів у сільському господарстві, їх використовують на тракторах, комбайнах, самохідних шасі, насосних станціях.

Найбільше значення має використання теплових двигунів (в основному потужних парових турбін) на теплових електростанціях, де вони приводять в рух ротори генераторів електричного струму. Понад усієї електроенергії в нашій країні виробляється на теплових електростанціях. Теплові двигуни - парові турбіни - встановлюють також на атомних електростанціях. На цих станціях для одержання пари високої температури використовується енергія атомних ядер.

Для спалювання палива в теплових машинах витрачається велика кількість кисню. На згоряння різноманітного палива витрачається від кисню, який виробляють зелені рослини.

Теплові машини не тільки спалюють кисень, а й викидають в атмосферу еквівалентні кількості оксиду карбону (вуглекислого газу). Згоряння палива в топках промислових підприємств і теплових електростанцій майже ніколи не буває повним, тому відбувається забруднення повітря золою, пластівцями сажі. Нині в усьому світі енергетичні установки викидають в атмосферу щороку 200—250 млн тонн золи і близько 600 млн тонн оксиду сульфуру Повітря забруднюють і різні види транспорту, насамперед автомобільний.

Загалом негативний вплив на природу має три напрямки:

1. Хімічне забруднення повітря і води.
2. Теплове забруднення атмосфери і водоймищ.
3. Руйнування ґрунтів у зв'язку з добуванням палива і утилізацією шлаків.

Усі вищенаведені дані свідчать проте, що використання теплових двигунів чинить вкрай негативний вплив на оточуюче середовище. Через наявність шкідливих речовин у повітрі, воді, ґрунті хворіють люди, потерпає світ рослин і тварин. Негативні зміни у навколишньому середовищі можуть привести людство до глобальної катастрофи, відгуки якої ми відчуваємо вже зараз.

Перспективні шляхи покращення екології

Негативні зміни в екології, пов'язані з використанням теплових двигунів уже давно привернули увагу учених всього світу. Роботи ведуться у чотирьох напрямках:

1. Для більш повного згоряння палива в горючу суміш двигунів внутрішнього згоряння додають водень.
2. Для кращого очищення вихлопних і паливних газів застосовують спеціальні фільтри, присадки до палива, а також спеціальну обробку газів перед їх викидом в атмосферу.
3. Пошуки нового, більш чистого виду палива. Широко використовується в якості палива попередньо очищений природній газ, а також спирти.
4. Ведуться великі дослідницькі роботи по створенню водневого та сонячного двигунів.

Розглянемо ці напрямки окремо.

1. "Iмпект"

Один із засобів запобігти забрудненню атмосфери вихлопом бензинових двигунів - перехід на електричну тягу. До недавнього часу електромобілі були тихохідні, а заряду батарей їм вистачало лише на коротку відстань. Але нещодавно компанія "Дженерал Моторс" випустила електромобіль "Імпект", який набирає швидкість з 0 до 100 км/год за 8 секунд, як спортивний автомобіль, і розвиває швидкість до 160 км/год. Його акумулятори заряджаються від електростанцій, що спалюють паливо. Виходить, що хоча сама машина і не викидає шкідливих газів, але це робить електростанція. Але електродвигуни можна заряджати вночі, використовуючи залишки електроенергії.

2. Використання вторинної сировини

Вихлопні гази - не єдина проблема. Виготовлення автомобілів потребує багато енергії та сировини. Для збереження природних ресурсів потрібно ширше використовувати вторинну сировину. До 2000 року в одній лише Німеччині на звалищах нагромадилося 2,8 млн. автомобілів. Зараз виробники автомобілів намагаються уникнути втрати такої величезної кількості цінної сировини. У BMW є завод для переробки старих автомобілів. Машина BMW серія 3 має багато пластмасових деталей, які в майбутньому можуть дати матеріал для нових автомобілів.

3. Каталітичні конвертери

Вчені спробували зменшити кількість шкідливих газів у автомобільних вихлопах, створивши вставку у вихлопну трубу, що допалює більшість шкідливих газів. Цей прилад назвали каталітичним конвертером. Забруднення атмосфери автомобілем скорочується на 90%. В США всі нові автомобілі випускаються тільки з каталітичними конвертерами. Каталітичний конвертер не має рухомих частин і не потребує технічного обслуговування. Він схожий на бджолині соти, загальна поверхня котрих дорівнює площі двох футбольних полів. Він розміщений у ящику з нержавіючої сталі розміром 30 см* 23 см. Вихлопні гази проходячи через комірки конвертера, вступають в хімічні реакції з його "начинкою", що робить більшість отруйних речовин менш шкідливими. Але хімічні речовини, що містяться в конвертері руйнуються свинцем. Через це всі автомобілі, які обладнані цим приладом, не можна заправляти етилованим бензином.

Дата добавления: 2015-05-23