Реактивний рух у природі та техніці
Реактивний рух у природі та техніці
РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ
Реактивний рух- рух, що виникає при відділенні від тіла з деякою швидкістю будь-якої його частини.
Реактивна сила виникає без будь-якої взаємодії із зовнішніми тілами.
Застосування реактивного руху в природі
Багато хто з нас у своєму житті зустрічався під час купання в морі з медузами. Принаймні у Чорному морі їх цілком вистачає. Але мало хто думав, що й медузи для пересування користуються реактивним рухом. Крім того, саме так пересуваються і личинки бабок, і деякі види морського планктону. І найчастіше ККД морських безхребетних тварин при використанні реактивного руху набагато вище, ніж у техновинаходів.
Реактивний рух використовується багатьма молюсками – восьминогами, кальмарами, каракатицями. Наприклад, морський молюск-гребінець рухається вперед за рахунок реактивної сили струменя води, викинутої з раковини при різкому стисканні її стулок.
Каракатиця, як і більшість головоногих молюсків, рухається у воді в такий спосіб. Вона забирає воду в зяброву порожнину через бічну щілину і особливу вирву попереду тіла, а потім енергійно викидає струмінь води через вирву. Каракатиця направляє трубку вирви в бік або назад і стрімко видавлюючи з неї воду, може рухатися в різні боки.
Сальпа - морська тварина з прозорим тілом, під час руху приймає воду через передній отвір, причому вода потрапляє в широку порожнину, всередині якої по діагоналі натягнуті зябра. Як тільки тварина зробить великий ковток води, отвір закривається. Тоді поздовжні та поперечні м'язисальпи скорочуються, все тіло стискається, вода через задній отвір виштовхується назовні. Реакція струменя, що витікає, штовхає сальпу вперед.
Найбільший інтерес має реактивний двигун кальмара. Кальмар є найбільшим безхребетним мешканцем океанських глибин. Кальмари досягли найвищої досконалості у реактивній навігації. Вони навіть тіло своїми зовнішніми формами копіює ракету (чи краще сказати – ракета копіює кальмара, оскільки йому належить у цій справі безперечний пріоритет). При повільному переміщенні кальмар користується великим ромбоподібним плавцем, який періодично згинається. Для швидкого кидка він використовує реактивний двигун. М'язова тканина – мантія оточує тіло молюска з усіх боків, об'єм її порожнини становить майже половину об'єму тіла кальмару. Тварина засмоктує воду всередину мантійної порожнини, а потім різко викидає струмінь води через вузьке сопло і з швидкістю рухається поштовхами назад. При цьому всі десять щупалець кальмара збираються у вузол над головою, і він набуває обтічної форми. Сопло забезпечене спеціальним клапаном, і м'язи можуть його повертати, змінюючи напрямок руху. Двигун кальмара дуже економічний, він здатний розвивати швидкість до 60 – 70 км/год. (Деякі дослідники вважають, що навіть до 150 км/год!) Недарма кальмара називають "живою торпедою". Вигинаючи складені пучком щупальця вправо, вліво, вгору чи вниз, кальмар повертає у той чи інший бік. Оскільки таке кермо в порівнянні з самою твариною має дуже великі розміри, то достатньо його незначного руху, щоб кальмар, навіть на повному ходу, легко міг ухилитися від зіткнення з перешкодою. Різкий поворот керма – і плавець мчить вже у зворотний бік. Ось зігнув він кінець вирви назад і ковзає тепер головою вперед.Вигнув її праворуч - і реактивний поштовх відкинув його вліво. Але коли треба плисти швидко, лійка завжди стирчить прямо між щупальцями, і кальмар мчить хвостом уперед, як біг би рак – скорохід, наділений жвавістю скакуна.
Якщо поспішати не потрібно, кальмари і каракатиці плавають, ундулюючи плавцями, - мініатюрні хвилі пробігають по них спереду назад, і тварина граційно ковзає, зрідка підштовхуючи себе також і струменем води, викинутої з-під мантії. Тоді добре помітні окремі поштовхи, які отримує молюсок у момент виверження водяних струменів. Деякі головоногі можуть розвивати швидкість до п'ятдесяти п'яти кілометрів на годину. Прямих вимірів, здається, ніхто не робив, але про це можна судити за швидкістю і дальністю польоту кальмарів, що літають. І такі, виявляється, є таланти у рідні у спрутів! Найкращий пілот серед молюсків – кальмар стенотевтіс. Англійські моряки називають його – флайінг-сквід («літаючий кальмар»). Це невелика тварина розміром із оселедець. Він переслідує риб з такою стрімкістю, що нерідко вискакує з води, стрілою пролітаючи над її поверхнею. До цього прийому він вдається і рятуючи своє життя від хижаків – тунців та макрелів. Розвинувши у воді максимальну реактивну тягу, кальмар-пілот стартує у повітря та пролітає над хвилями понад п'ятдесят метрів. Апогей польоту живої ракети лежить так високо над водою, що кальмари, що літають, нерідко потрапляють на палуби океанських суден. Чотири-п'ять метрів – не рекордна висота, на яку здіймаються в небо кальмари. Іноді вони злітають ще вищими.
Англійський дослідник молюсків доктор Рис описав у науковій статті кальмара (довжиною всього 16 сантиметрів), який, пролетівши повітрям неабияку відстань, впав на місток яхти, що височіло над водою майже сім метрів.
Трапляється,що на корабель блискучим каскадом обрушується безліч кальмарів, що літають. Античний письменник Требіус Нігер розповів одного разу сумну історію про корабель, який нібито навіть затонув під вагою кальмарів, що літали, що впали на його палубу. Кальмари можуть злітати без розгону.
Восьминоги теж вміють літати. Французький натураліст Жан Верані бачив, як звичайний восьминіг розігнався в акваріумі і раптом задом наперед несподівано вискочив із води. Описавши в повітрі дугу завдовжки метрів за п'ять, він плюхнувся назад в акваріум. Набираючи швидкість для стрибка, восьминіг рухався не лише за рахунок реактивної тяги, а й гріб щупальцями. Мішковаті восьминоги плавають, звичайно, гірше за кальмари, але в критичні хвилини і вони можуть показати рекордний для кращих спринтерів клас. Співробітники Каліфорнійського акваріума намагалися сфотографувати восьминога, який атакує краба. Спрут кидався на видобуток з такою швидкістю, що на плівці, навіть при зйомці на найбільших швидкостях, завжди виявлялися мастила. Значить, кидок тривав соті частки секунди! Зазвичай восьминоги плавають порівняно повільно. Джозеф Сайнл, який вивчав міграції спрутів, підрахував: восьминіг розміром півметра пливе морем із середньою швидкістю близько п'ятнадцяти кілометрів на годину. Кожен струмінь води, викинутий з лійки, штовхає його вперед (вірніше, назад, бо восьминіг пливе задом наперед) на два – два з половиною метри.
Реактивний рух можна зустріти у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "шаленого огірка" при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки, а з отвору, що утворився, з силою викидається клейка рідина з насінням. Сам огірок при цьому відлітає у протилежному напрямку до 12 м-коду.
Знаючи закон збереження імпульсу можна змінювати власну швидкість переміщення ввідкритий простір. Якщо ви знаходитесь в човні і у вас є кілька важких каменів, то кидаючи каміння у певний бік ви рухатиметеся в протилежному напрямку. Те саме буде і в космічному просторі, але там для цього використовують реактивні двигуни.
Кожен знає, що постріл із рушниці супроводжується віддачею. Якби вага кулі дорівнювала б вазі рушниці, вони б розлетілися з однаковою швидкістю. Віддача відбувається тому, що маса газів, що відкидається, створює реактивну силу, завдяки якій може бути забезпечено рух як у повітрі, так і в безповітряному просторі. І чим більша маса і швидкість газів, що витікають, тим більшу силу віддачі відчуває наше плече, чим сильніша реакція рушниці, тим більша реактивна сила.
Застосування реактивного руху в техніці
Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилася розповідь французького письменника Сірано де Бержерака про політ на Місяць. Герой цієї розповіді дістався Місяця в залізному візку, над яким він увесь час підкидав сильний магніт. Притягаючись до нього, віз підвищувався вище Землею, поки не досяг Місяця. А барон Мюнхгаузен розповідав, що забрався на Місяць стеблом боба.
Наприкінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, який наводив на дію ракети - бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один із перших проектів автомобілів був також із реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону