Урок "Реактивний рух.Фізичні основи ракетної техніки. Досягнення космонавтики"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реактивний рух. Фізичні основи ракетної техніки. Досягнення космонавтики

Мета уроку: сформувати знання учнів про реактивний рух, фізичні основи ракетної техніки. Розвивати креативність мислення. Виховувати почуття патріотизму, бажання працювати на користь країні.

Очікувані результати: учні повинні давати означення реактивного руху, наводити приклади цього руху, знати, на якому принципі базується рух ракети.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І.Організаційний момент

Учитель. Доброго дня! До нас сьогодні завітали гості. Привітайтесь будь ласка. Розпочнемо нашу зустріч з організації польоту на Марс.

Відео про польоти на Марс

Учитель. Національне аерокосмічне агентство США (NASA) у 2017 році відібрали 12 кандидатів для відправки на Марс.

У сотню претендентів для участі у нідерландському проекті «Mars One»(2027 р.) пройшов житель Житомира Сергій Якимов.

Я впевнена, що Ви теж мрієте здійснити таку подорож. Тому займемося  теоретичною та  практичною підготовкою  до польоту.

Епіграфом до нашого уроку я  обрала слова основоположника сучасної космонавтики К.Е.Ціолковського.

«Земля – колиска розуму,

але не можна завжди жити в колисці»

К.Е.Ціолковський

На запитання, що змусило вас зайнятися космонавтикою, Ціолковський відповідав так: "Мені здається, перші насіння думки заронив відомий фантазер Жуль Верн; він пробудив роботу мого мозку у відомому напрямку. Прийшло бажання; за бажаннями виникла діяльність розуму. Звичайно, вона ні до чого б не повела, якби не зустріла допомоги з боку науки"... 

ІІ. Актуалізація опорних знань

Учитель. Ваші знання  стануть першим кроком до польоту нашого екіпажу в космос. Перевіримо виконання домашнього завдання.

Задачу 2 вправи 36 прошу розв’язати ___________.

Дано:

m₁=100г = 0,1 кг                  m₁ + m₂=( m₁+ m₂)

m₂=150г = 0,15 кг                m₁ = (m₁+ m₂)

=0                                  =

=10                                   = 25-?

Знання теорії перевіримо за допомогою експрес-опитування:

1.Яка фізична величина чисельно визначається добутком маси тіла на швидкість його руху?  (імпульс  тіла )

2. Чим визначається напрям імпульсу тіла? (напрямом швидкості руху тіла )

3. В яких одиницях вимірюється імпульс  тіла ?  ( кг м/с )

4. Як формулюється закон збереження імпульсу тіла ?

5. Для яких систем справджується закон збереження імпульсу тіла? (для замкнених )

Практичну підготовку перевіримо теж.

Вправа 36(1)

Футболіст веде м’яч масою 4,5 кг, рухаючись з швидкістю 4 м/с відносно поверхні Землі. Визначте імпульс м’яча відносно:

а) поверхні Землі;

б) футболіста, який веде м‘яч;

в) іншого футболіста, який біжить назустріч м’ячу  зі швидкістю 5 м/с.

Учитель. Поміркуйте!

• Завдяки чому можуть рухатися люди, автомобілі, тварини? (Відштовхуються від поверхні Землі)
• Чому літають планери, птахи, метелики? (Відштовхуються від повітря)
• Чому плавають риби, катери, підводні човни? (Відштовхуються від води)

Як пояснити рух космічного літального апарата, адже він не має можливості від чогось відштовхнутися? (Проте космічні кораблі літають у відкритому космосі, виконують маневри, повертаються на Землю)

• Від чого ж вони відштовхуються?

ІІІ. Повідомлення теми, мети уроку

Учитель. Щоб дати відповідь на це запитання, ми розглянемо  тему  уроку «Реактивний рух. Фізичні основи ракетної техніки. Досягнення космонавтики»

ІV.Вивчення та закріплення нового матеріалу.

Пояснення вчителя

 Розпочнемо підготовку до польоту  повітряної кульки. Кульку відпускаєм. З неї  виходить повітря і вона  починає  стрімко рухатися. Ми маємо справу з реактивним рухом.

 

 

 

Уявімо, що система «кулька – повітря» є замкненою. Тоді відповідно до закону збереження імпульсу загальний імпульс системи «кулька – повітря» залишається незмінним і дорівнює нулю:

Знак «–» свідчить про те, що кулька рухається в напрямку, протилежному напрямку руху повітря.

Проблемне питання

Учитель.  Де зустрічається реактивний рух у нашому житті?

Дуже часто, коли робили якийсь винахід, виявлялося, що він  тисячоліттями існує в природі. Так сталося з ідеєю реактивного руху.

Завдяки реактивному руху рухаються кальмари, восьминоги, медузи, та інші морські організми .

Реактивний рух  дуже часто  зустрічається  в житті, зокрема :

«Шалений огірок», який, дозрівши, стріляє насінням.

Реактивні літаки, реактивні артилерійські снаряди, катери

Учитель. Як бачимо, реактивний рух – явище  досить поширене. Але, звичайно ж, у нас воно асоціюється у першу чергу з польотами в космос.

Триста років тому Ньютон висловив дуже цікаву думку: якщо вистрелити 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 було 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.

Проблемне питання

• Що є відокремлюваною частиною ракети?

Відокремлюваною частиною ракети є струмінь гарячого газу, який утворюється в ході згоряння палива. Коли газовий струмінь із величезною швидкістю викидається із сопла ракети, то оболонка ракети одержує потужний імпульс, напрямлений у бік, протилежний швидкості руху струменя.

Уявімо неймовірний варіант: у момент старту все паливо ракети згоряє відразу.

Оскільки до старту ракета перебуває у спокої, то закон збереження імпульсу після згоряння палива виглядав би так:

Спроектуємо векторне рівняння на цю вісь OY:

Проблемне питання

• Чи може одноступенева ракета покинути Землю?

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.

Однак у реальності паливо згоряє поступово, а на рух ракети помітно впливає опір повітря. Розрахунки показують, що для досягнення необхідної швидкості маса палива має у 200 разів перевищувати масу оболонки, а це нереально реалізувати технічно.

• Як технічно вирішити дану проблему?

Це можливо тільки за допомогою багатоступеневих ракет: у таких ракетах ступені зі спорожнілими паливними резервуарами відкидаються в польоті (потім вони згоряють в атмосфері через тертя об повітря).

При цьому маса ракети зменшується, відповідно збільшується швидкість її руху. Зазначимо, що всі ракети-носії космічних апаратів, як найперші, так і ті, що використовуються зараз, є багатоступеневими.

12 квітня 1961 р. ракета-носій «Восток» вивела на орбіту космічний корабель «Восток», на борту якого був перший у світі космонавт Ю. О. Гагарін

Цей політ був здійснений за ініціативою та під керівництвом видатного конструктора С. П. Корольова (1907–1966), уродженця м. Житомира.

В 1962 році в космос відправився Павло Романович Попович – перший радянський космонавт з України, 4 в СРСР, 6 в світі.

В 1997 році в космос полетів перший  космонавт  незалежної України Леонід Каденюк - 19 листопада 1997 року на борту американського корабля багаторазового використання “Колумбія”, здійснив космічний політ як експериментатор, що тривав 15 діб 16 годин 35 хвилин 1секунду.

                        

V. Домашнє завдання

1.Опрацювати §37, письмово виконати вправу 37(3).

2.Виконати вправу на ресурсі Learningapps.org «Найважливіші етапи освоєння космосу», використавши додатковий матеріал, розміщений на блозі.

3.Продовжити роботу над створенням сайту «Видатні особистості, що  зробили значний внесок у розвиток космонавтики».

VІ. Підсумки. Оцінювання.

 

Найважливіші етапи освоєння космосу

1881 – Розроблено проект літального апарата з ракетним двигуном                    (М. Кибальчич)

1897 – Побудовано першу аеродинамічну трубу (К. Ціолковський)

1925-1929 – Розроблено теоретичні основи космічних польотів і конструювання міжпланетних кораблів. Виведене основне рівняння польоту ракети, викладена теорія багатоступеневих ракет (Ю. Кондратюк)

1933 – Перший політ ракети з рідкопаливним двигуном (С. Корольов)

1950-1960 – Створено стратегічні бойові ракети, зокрема двоступінчасті з дальністю польоту понад 11 тис. км. (М. Янгель)

1957– Розроблено ракетно-космічні системи “Восток” і “Восход”. Уперше запущено у космос штучний супутник (4 жовтня) (С. Корольов)

1959 – Запуск першої автоматичної міжпланетної станції до Місяця                    (С. Корольов)

1960 – Запуск першої автоматичної міжпланетної станції на Венеру                    (С. Корольов)

1960 -1980  – Сконструйована ракета-носій “Протон” для виведення в космос космічних кораблів (В. Чаломей)

1961  – Політ у космос Ю. Гагаріна на кораблі “Восток” (С. Корольов)

1961 – Запуск першого штучного супутника Сонця (С. Корольов)

1964  - Запуск першої автоматичної міжпланетної станції на Марс (С. Корольов)

1965 – Вихід людини (О. Леонов) у відкритий космос з корабля “Восход”  (С. Корольов)

1966 – Посадка міжпланетної станції на Місяці (С. Корольов)

1997 – Перший політ громадянина незалежної України Л. Каденюка на космічному кораблі “Колумбія” (США)