Урок "Реактивний рух".

Конспект фрагменту уроку фізики в 10 класі

Тема. Реактивний рух.

Мета: формувати знання учнів про реактивний рух як прояв закону збереження імпульсу, використання реактивної техніки в освоєнні космічного простору; розвивати вміння учнів виступати з міні-проектами; виховувати почуття патріотизму і гордості за вітчизняних учених, відомих усьому світові.

Обладнання: комп′ютер, проектор (або телевізор), відеофільми ( «Пригоди капітана Врунгеля», «Flyboard»,  «Flyboard Air», «Реактивний ранець», «Як це було»), комп’ютерна презентація, гумові кульки, візок, сегнерове колесо, буклети «Україна – космічна держава», музичні записи зльоту і посадки літака, картки з номерами посадочних місць.

Організаційний етап.

Стільці в класі розставлено так, як в салоні пасажирського літака. За окремим столом сидять борт-інженер, штурман, командир літака, другий пілот. Дві стюардеси сідають на стільці лише під час зльоту чи посадки літака.

ХІД УРОКУ

Мотивація навчальної діяльності.

Стюардеса:

Good afternoon, ladies and gentlemen! We are glad to meet you on the Airbus board 1411 of the Yakhnyky Airlines, which makes the flight, to the New Knowledge Country. We ask you to take up your seats indicated in boarding passes, attach the seat belts and turn off mobile phones. Our it takes 20 minutes. So, we wish you an interesting journey into the history of the development of astronautics and space exploration.

Доброго дня пані та панове! Ми раді вітати вас на борту літака Airbus 1411 авіакомпанії Яхники Airlines, який виконує рейс, до країни Нових Знань. Ми просимо вас зайняти свої місця , що вказані в посадочних талонах, пристебнути ремені безпеки та вимкнути мобільні телефони. Наш політ триватиме 20 хвилин. Тож бажаємо вам цікавої подорожі у історію розвитку космонавтики та освоєння космічного простору.

Борт-інженер: Всі системи і прилади літака працюють в звичайному режимі.

Штурман: Літак до зльоту готовий!

Командир: Злітаємо! ( Звучить магнітофонний запис гулу літака).

Створення проблемної ситуації. Оголошення теми та мети уроку.

Учитель.

З початку навчального року ми з вами вивчаємо механічний рух тіл. Вивчаємо тому, що все навколо нас, і ми самі весь час перебуваємо в русі.

Рухатися можна по - різному: повільно або швидко, самостійно чи ні.

Так, ми знаємо вже багато. Але сьогодні нам належить познайомитися ще з одним видом руху і, звичайно, ми згадаємо механізми, які рухаються саме "по - новому".

Для того щоб ви представили, про що піде мова, я пропоную вам подивитися уривок з улюбленого багатьма мультфільму "Пригоди капітана Врунгеля".

- Як вдалося «Біді» виграти регату?

- Яку роль відіграло «Шампанське»?

- Чи можна назвати вино паливом в даному випадку?

- А як назвали рух яхти журналісти?

Ось такий вид руху ми і будемо зараз вивчати. Отже, тема уроку: «Реактивний рух».

Фронтальний експеримент.

Учитель.

Тож почнемо. Щоб розібратися з питанням - почнемо з експерименту.

Стюардеса.

Шановні пасажири! Вам пропонується зараз взяти гумові кульки, надути їх, а потім відпустити і поспостерігати за їхнім рухом

Пояснення нової теми.

Стюардеса. Ви спостерігали «реактивний рух». Такий рух є цікавим і важливим випадком практичного використання закону збереження імпульсу. Про особливості цього руху та його використання в природі і техніці нам доповідають командир літака Петренко Володимир та другий пілот Шевченко Лідія.

Командир.

(Показує досліди:  «Сегнерове колесо», візок з прикріпленною повітряною кулькою)

У всіх цих дослідах ми маємо справу з так званим реактивним рухом. Реактивний рух –це рух, що виникає, внаслідок відділення з певною швидкістю від тіла якоїсь його частини.

Другий пілот. Поки людина взнала, що таке реактивний рух, де його можна застосувати, в природі він існував дуже давно. Більшість рослин, що мають такі властивості, становлять однолітники й малолітники: ехіноцистус шипуватий, землянка черешчата, пікульник двунадрізний, сердечник недотрога, мерінгія трьохжилкова.

Ехіноцистус шипуватий, його ще називають скаженим огірком, відносять до сімейства гарбузових. Усередині плода в період дозрівання насіння перетворюється в слиз, який під дією температур починає бродити й виділяти газ. Тиск усередині плода зростає і насіння з рідиною вилітають із плода. Завдяки здатності стріляти на 12 м. у довжину, рослину назвали «дамський пістолет».

Реактивний рух використовується багатьма молюсками - восьминогами, кальмарами, каракатицями, медузами.

Найбільший інтерес представляє реактивний «двигун» кальмара. М'язова тканина - мантія оточує тіло молюска з усіх боків. Тварина засмоктує воду всередину мантійних порожнини, а потім різко викидає струмінь води через вузьке сопло. Це сопло забезпечено спеціальним клапаном, і м'язи можуть його повертати, змінюючи напрямок руху. Двигун кальмара здатний розвивати швидкість до 150 км/год! Недарма кальмара називають «живою торпедою».

Морські гребінці, також використовують реактивну тягу.

Більшу частину часу морські гребінці спокійно лежать на дні, але у випадку появи небезпеки, швидко стуляють стулки своєї раковини, так вони виштовхують воду. Завдяки цьому, гребінці можуть спливти й переміщатися на велику відстань, застосовуючи техніку відкриття-закриття раковини.

Командир. Якщо ж говорити про практичне застосування реактивного руху, то першими тут були винахідливі китайці. Приблизно в XIII столітті вони здогадалися запозичити принцип руху восьминогів і каракатиць при винаході перших ракет, які вони почали використовувати, як для феєрверків, так і для бойових дій (в якості бойової та сигнальної зброї). Трохи пізніше цей корисний винахід китайців перейняли араби.  До Європи феєрверки потрапили в ХІV ст.

У ХVІ ст. порохові трубочки потрапили і до запорозьких козаків. Імовірніше за все, з ними познайомили запорожців знову таки араби, з котрими ті стабільно спілкувалися. 

Зрозуміло, що перші реактивні ракети мали примітивну конструкцію і протягом кількох століть вони практично ніяк не розвивалися. Здавалося, що історія розвитку реактивного руху завмерла. Прорив у цій справі відбувся лише в XIX столітті, коли Микола Кибальчич - талановитий  винахідник і революціонер, сидячи в царській тюрмі створив свій проект реактивного двигуна і літального апарату для людей. Пізніше Кибальчич був страчений за свою революційну діяльність, а його проект так і залишився припадати пилом на полицях в архівах царської охранки.

Пізніше роботи Кибальчича в цьому напрямку були відкриті і доповнені працями ще одного талановитого вченого К. Е. Ціолковського. З 1903 по 1914 рік ним було опубліковано ряд робіт, в яких  доводилася можливість використання реактивного руху при створенні космічних кораблів. Ним же був сформований принцип використання багатоступінчастих ракет. І донині багато ідей Ціолковського застосовуються в ракетобудуванні.

Сьогодні реактивний рух у більшості людей у першу чергу, звичайно ж, асоціюється з новітніми науковими й технічними розробками. 

Так вже стали популярними такі нові екстремальні розваги як Flyboard (флайборд) і Flyboard Air (флайборд ейр).

Пристрій для флайборду дозволяє підняти людину за рахунок викидання струменів води або повітря.

Відео «Flyboard і Flyboard Air».

Влітку 2012 року фантастичний  винахід Френкі Запата надійшов в продаж, а вже восени відбувся перший Чемпіонат Світу з флайбордінгу!

Реактивний ранець (англ. Jet pack) - персональний літальний апарат, що надівається на спину і дозволяє людині підніматися в повітря за допомогою реактивної тяги.

Відео «Jet pack».

Реактивний ранець був показаний у фільмі «Робокоп 3», де був використаний головним героєм. Знамениті мисливці за винагородою Джанго і Боба Фетт з всесвіту «Зоряних воєн» користувалися ракетними ранцями. Фантастика? Ні, це вже реальність.

Другий пілот. Скільки б людина не намагалася перевершити природу, удосконалюючи створені нею винаходи, все одно ми поки не досягли тієї технологічної досконалості, коли б літаки могли миттєво подаватися назад або рухатися убік. Причому все це відбувається на великій швидкості. Підглянувши в природи, людина ще багато чого може вдосконалити серед техніки.

Стюардеса. Про будову реактивної ракети нам доповідає борт - інженер Каревін Олександр.

Борт – інженер. (Користуючись таблицею або слайдом презентації «Будова ракети» розповідає про будову ракети.)

Одне з найголовніших винаходів людства в XX столітті - це винахід реактивного двигуна, який є основою  реактивної ракети.

Ракета – літальний апарат, який переміщується в просторі завдяки реактивній тязі, що виникає внаслідок відкидання ракетою частини власної маси. Ракета—з італійської — веретено. Форма ракети дійсно нагадує веретено. Перші ракети використовувалися китайцями для феєрверків.

У будь-якої ракети, незалежно від її конструкції, завжди є оболонка і паливо з окислювачем.

На малюнку  зображена ракета в розрізі. Ми бачимо, що оболонка ракети включає в себе корисний вантаж (в даному випадку це космічний корабель), приладовий відсік і двигун (камера згоряння, насоси та ін.).

Основну масу ракети становить паливо з окислювачем (окислювач потрібен для підтримки горіння палива, оскільки в космосі немає кисню).

Паливо і окислювач за допомогою насосів подаються в камеру згоряння. Паливо, згораючи, перетворюється в газ високої температури і високого тиску, який потужним струменем спрямовується назовні через розтруб спеціальної форми званий соплом. Призначення сопла полягає в тому, щоб підвищити швидкість струменя газів.

Стюардеса. Залишити поверхню Землі і піднятися в небо мріяли ще стародавні греки. До наших днів дійшов міф про Дедала, який сконструював крила собі і своєму сину Ікару з пір'я, скріпленого воском. Ікар піднявся до Сонця, але віск розплавився й Ікар упав у море. Від міфів до наукових проектів пройшли тисячі років. Триста років тому Ньютон висловив дуже цікаву думку: якщо вистрілити вгору, сила земного тяжіння сповільнює рух кулі, але чим далі віддаляється куля від Землі, тим слабшає сила земного тяжіння. Він розрахував ту швидкість, яку потрібно надати тілу, щоб воно подолало земне тяжіння, і ця швидкість дорівнювала 8 км/с. Але ж як надати тілу такої великої швидкості? Ми знаємо, що це стало можливим завдяки застосуванню реактивної сили. Але яким чином можна змінити швидкість ракети?

Відповідь на це питання, мабуть, краще всіх знає  штурман нашого літака  Семененко Дмитро.

(Штурман літака виводить формулу для швидкості ракети).

Штурман.  Призначення сопла полягає в тому, щоб підвищити швидкість струменя газів.

Справа в тому, що від цієї швидкості залежить швидкість ракети. Це можна показати за допомогою закону збереження імпульсу. Оскільки до старту ракета перебуває у спокої, то закон збереження імпульсу після згоряння палива виглядав би так: 0 =∙ + ∙. Напрямимо вісь OY в бік руху ракети. Спроектувавши векторне рівняння на цю вісь, маємо 0 = - + , звідки = .

Якщо припустити, що маса палива в 4 рази більша за масу оболонки (= 4), а швидкість струменя газу  = 2 км/с (приблизно з такою швидкістю із сопла ракети виривається розпечений газ), одержимо швидкість руху оболонки ракети: = = 8км/с.

Отже, якби паливо ракети згоряло миттєво, а руху ракети нічого не заважало б, то швидкість, набрана ракетою, була б достатньою для того, щоб вивести ракету на орбіту Землі. Але миттєве згоряння - це вибух, - такого бути не може. На практиці маса палива зменшується поступово, тому для більш точного розрахунку використовуються складніші розрахунки.

Розрахунки показують, що для досягнення необхідної швидкості маса палива має бути в 50 разів більшою за масу оболонки. А якщо врахувати, що на рух ракети помітно пливають притягання Землі та опір повітря, то дістанемо результат, що маса палива має  у 200 разів перевищувати масу оболонки, а це нереально реалізувати технічно. Для того, щоб зменшити масу частини ракети, що розганяється, ракету роблять багатоступінчастою. Перша і друга ступені являють собою ємності з паливом, камерами згоряння і соплами. Як тільки паливо, що міститься в першій ступені, згорає, ця ступінь відокремлюється від ракети, внаслідок чого маса ракети значно зменшується. Відразу вмикаються двигуни другої ступені і вони працюють доти, доки не закінчується в ній паливо і вона теж відокремлюється. Якщо повернення космічного корабля на Землю або його посадка на будь-яку іншу планету не планується, то третя ступінь, як і дві перші, використовується для збільшення швидкості ракети. Якщо ж корабель повинен здійснити посадку, то вона використовується для гальмування корабля перед посадкою. При цьому ракету розвертають на 180°, щоб сопло виявилося спереду. Тоді газ, що виривається з ракети, дає їй імпульс, спрямований проти швидкості її руху, що призводить до зменшення швидкості і дає можливість здійснити посадку.

Саме на багатоступеневих ракетах було зроблено перші кроки людства в космос: перший штучний супутник, першій політ людини.

Відео «Як це було». Буклети.

Підбиття підсумків уроку.

Стюардеса

Шановні пасажири! З цієї інформації ми можемо зробити висновок – що наша держава Україна має потенціал і все необхідне для того, щоб дійсно називатися космічною державою. Завершити нашу подорож, я хочу словами Леоніда Каденюка: «Відколи пам′ятаю себе, мрія здійнятися в міжзоряну височінь не покидала мене. А після тріумфального навколоземного польоту Ю. Гагаріна – стала моєю життєвою метою». Тож я хочу побажати кожному з вас спланувати свою життєву мету і нехай вона обов′язково здійсниться.

(Звучить запис гулу літака).

Стюардеса

Пані та панове, вітаємо вас з прибуттям до аеропорту Нових Знань. Будь-ласка, залишайтеся на своїх місцях та не відстібайте ремені безпеки до остаточної зупинки літака . Перед виходом переконайтеся, що ви не залишили свої речі у літаку. Від імені авіакомпанії командир та екіпаж  літака дякують вам за ваш вибір. Нам приємно було піклуватися про вас протягом всього рейсу. Ми сподіваємося, що ви задоволені польотом, тому ми раді зустріти вас знову. Ми прощаємося з вами. Бажаємо вдалого продовження вашої подорожі. До побачення! Всього вам найкращого!

Ladies and Gentlemen, Congratulations on your arrival at the New Knowledge Airport. Please stay in place and keep your seat belts fastened until the final stop of the airplane. Before leaving, make sure you have not left your property in airplane. On behalf of the airline company, the commander and the crew of the airbus thank you for your choice. We were pleased to take care of you throughout the flight. We hope you enjoyed the flight, so we are happy to meet you again. We say Good bye to you. We wish you to have a successful trip. Goodbye! Have a nice day!