Урок "Реактивний рух. Штучні супутники Землі"

Реактивний рух. Штучні супутники Землі.

Розвиток космонавтики. Внесок українських вчених у розвиток космонавтики.

 

Мета уроку:   дати поняття реактивного руху, ознайомити з основними частинами ракети , вивести формулу для швидкості ракети, ознайомити учнів з        історією винайдення реактивного руху, із застосуванням реактивного руху в природі , із першими штучними супутниками Землі, з  розвитком космонавтики, з внеском українських вчених, космонавтів  у розвиток світової космонавтики; розвивати творчу активність учнів у пошуках нових знань; виховувати почуття патріотизму та гордості за внесок українських вчених, космонавтів в розвиток світової космонавтики.

Тип уроку:   урок  вивчення нового матеріалу

Форма проведення:  семінар-презентація на основі розвиваючої взаємодії .

Міжпредметні зв’язки: математика, історія, астрономія, біологія.

Обладнання: дошка, роздатковий матеріал, схеми, слайди, мультимедійний проектор.

 

Очікувані результати: після уроку учні знатимуть:

1) який рух називають реактивним;

2) будову ракети;

3) від чого залежить швидкість ракети;

4) історію винайдення реактивного руху;

5) коли вперше були запущені перші штучні супутники Землі;

6) важливі події розвитку космонавтики;

7) українських вчених, космонавтів, які зробили великий внесок   у розвиток світової космонавтики .

 

Хід уроку

І. Організаційний момент.  Мотивація  навчальної діяльності . Оголошення теми, мети уроку .

 

На попередньому уроці ми ознайомились з важливим законом – законом збереження імпульсу. Закон збереження імпульсу має широке практичне застосування. Цей закон дозволяє пояснити реактивний рух, завдяки якому реактивна техніка досягає найбільших швидкостей.

Сьогодні на уроці ми презентуємо навчальний проект « Реактивний рух . Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики. Внесок українських вчених у розвиток космонавтики ». Ця робота є результатом нашої сумісної діяльності. Кожний з вас працюючи над своїм сектором проекту, отримав знання, досвід, якими може поділитися з усіма.

 

« Людство не залишатиметься вічно на Землі, а в гонитві за світлом і простором спочатку несміливо проникне за межі атмосфери, а потім завоює собі весь навколосонячний простір»

( К.Е. Ціолковський)

ІІІ. Актуалізація опорних знань.

Шляхом фронтального опитування :

Яка фізична величина є мірою механічного руху і  чисельно визначається добутком маси тіла на швидкість його руху ?  ( імпульс тіла )

1.            Чим визначається напрям імпульсу тіла ?( напрямом швидкості руху тіла )
2.            В яких одиницях вимірюється імпульс тіла ?  ( кг м/с )
3.            Яка фізична величина є мірою  дії сили за деякий інтервал часу і чисельно                 визначається добутком сили на час її дії ?( імпульсом сили )

     Чим визначається напрям імпульсу сили ? (напрямом сили , що діє на тіло

4.            В яких одиницях вимірюється імпульс сили? ( Н с )
5.            Чому дорівнює зміна імпульсу тіла ? ( імпульсу сили взаємодії )
6.            Як звучить закон збереження імпульсу тіла ?
7.            Для яких систем справджується закон збереження імпульсу тіла ?                                  ( для замкнутих )
8.            Як можна змінити імпульс тіла ? ( змінивши швидкість тіла )

 

ІV. Засвоєння нового матеріалу .

1.   Фізичні основи реактивного руху .

Дослід з кулькою. Чому рухається кулька ? Як називається такий рух ?

Реактивний рух –це рух тіла , який виникає внаслідок того , що від тіла відокремлюється його частина   з  певною швидкістю  відносно тіла.

Отже, особливість реактивного руху полягає в тому , що тіло набуває імпульсу в результаті того, що його маса постійно змінюється.

Найбільше застосування реактивний рух отримав у ракетах. Розглянемо основи реактивного руху на прикладі ракети.

Ракета складається із оболонки, відсіків з окислювачем і паливом, що перетворюються у газ в камері згоряння та вилітає із сопла. В головній частині ракети розташовується апаратура. Під час згоряння палива утворюється розжарений газ ,  який чинить тиск на стінки і дно камери . У місці, де камера згоряння переходить у сопло , цей тиск відсутній . Нескомпенсована сила тиску на дно камери згоряння і є реактивною силою тяги двигуна , яка змінює імпульс ракети.

 

Дуже важливо знати від чого залежить швидкість реактивного  руху ракети.

Кожна ракета – це замкнена система двох тіл –оболонки і газу , який в ній міститься.

У початковий момент часу ( перед стартом ) імпульс ракети дорівнює 0, оскільки вся ракета перебуває у спокої відносно Землі.  А після старту імпульс ракети запишеться у вигляді суми імпульсів оболонки ракети та імпульсу газів. Згідно з законом збереження імпульсу отримаємо:

m +   m = 0

Проектуючи це векторне рівняння на вісь координат, напрямлену вздовж швидкості ракети дістанемо:

m -   m = 0

 

=

 

Отже , швидкість ракети буде тим більшою , чим  більша швидкість витікання газу і чим  більшим є відношення  маси пального до маси оболонки.

К.Ціолковський вивів формулу для визначення максимальної швидкості ракети, якої вона може досягти при заданому запасі пального :

Де      - максимальна швидкість ракети,

m – початкова маса ракети ( ракета + пальне )

m – кінцева маса ракети

 

А зараз звернемось до історії виникнення реактивного руху.

2.   Історія винайдення реактивного руху.

Презентація 1 « Історія винайдення реактивного руху»

Герон Олександрійський, Джовані Бранка, Ісак Ньютон , Олександр Засядько , Микола Кибальчич, Костянтин Ціолковський, Юрій Кондратюк, Сергій Корольов.

 

Ідея створення реактивних двигунів виникла ще в ІІ столітті до нашої ери. Грецький інженер і математик Герон Олександрійський створив першу парову машину – еоліпіл . Це була куля, заповнена киплячою водою , з  бічними трубками , вигнутими в кінцях під прямим кутом. Тиск пари на стінку трубки , протилежну її відкритому кінцю, породжував обертання кулі. Модифікація еоліпіла –сегнетове колесо –ефективно використовується сьогодні для поливу сільськогосподарських угідь. У шістнадцятому столітті Джовані Бранка запропонував першу парову турбіну , яка працювала на реактивному принципі. Ісак Ньютон запропонував один із перших проектів парового автомобіля.

 

Людина завжди мріяла про польоти в космос. І освоєння космосу стало можливим завдяки  ракетам. Першим  творцем  ракет  на Україні був Олександр Засядько. Він народився у  1770 році  на Полтавщині. Довго працював  над  розгадкою  загубленого секрету дивовижних порохових трубок –літачок,  що їх  застосовували  у давні часи запорізькі козаки. Випробовуючи  новий  вид  пороху,  Олександр винайшов літальні тіла , яким найбільше підходить італійське слово ракета , а також спеціальну установку для їх запуску. Засядькові запропонували використати свою зброю під час штурму міста Варна  у російсько-турецькій війні і довгоочікувана перемога була здобута фактично однією людиною.

 

Продовжувачем справи Засядька був Микола Іванович Кибальчич , в’язень Петропавловськом фортеці. Народився в містечку Короп на Чернігівщині, засуджений до страти за участь у замаху 11 березня 1881 року на імператора Олександра ІІ. Микола Кибальчич накреслив проект літального апарату будучи в камері , перед стратою. В  проекті викладені принципи реактивної тяги ракети, розв’язано питання програмного режиму горіння , системи подачі палива в камеру згоряння ракети, використання багатокамерних апаратів , керування польотами через зміну кута нахилу двигуна.

 

Першим , хто вирішив продовжувати дослідження, був Костянтин Ціолковський.  Прямий нащадок Северина Наливайка. Батько його народився в селі Коростятин на Рівненщині. Ціолковський дав характеристику космічної ракети , якою б люди долетіли до зірок . Він засновник теоретичної космонавтики.  Для реалізації своєї мрії про підкорення      космічних просторів  К. Ціолковський запропонував багатоступінчастий корабель та створення позаземних станцій для  міжпланетних подорожей. Запропонував схему рідинної ракети. Його перша наукова праця з космонавтики була надрукована в1903 році  « Дослідження світових просторів реактивними приладами». ( відео руху багатоступінчастого корабля)

 

Через терни до зірок ішов   геніальний український вчений –винахідник  Юрій Кондратюк. Надзвичайно талановитий юнак з гімназійною медаллю так  і не зміг здобути вищу освіту, був самоуком ,  жив і працював  під чужим ім’ям. Він розрахував найекономнішу схему польоту на Місяць, його ім’ям названа у світовій науці так звана «равликова траса», по якій через багато років перша людина висадилась на Місяці — «траса Кондратюка». Основні проблеми космонавтики він  розробив і виклав у своїх працях « Тим ,хто буде читати, щоб будувати», «Завоювання міжпланетних просторів». На його честь встановлено пам’ятник на космодромі Канаверал (США). Але справжнє його ім’я було іншим Олександр Шаргей. Лише в 1977 році знято табу з таємниці цього прізвища.

 

Засновником практичної космонавтики вважають Сергія Павловича Корольова.

Корольов народився в Житомирі й належить до найвидатніших українців .Про свою належність до нашого народу свідчить власноручно заповнена анкета при вступі до Київського політехнічного інституту. Він ніколи не цурався розмовляти українською мовою , любив співати українські пісні. Ще чотирьохрічним хлопчиком Сергій побачив політ Уточкіна і назавжди «захворів» небом. « Я буду  будівельником , але тільки літаків» , - писав він у 16 років. А після зустрічі з Ціолковським вирішив будувати тільки ракети і літати на них . Для Сергія Корольова  найбільшим успіхом була перша міжконтинентальна багатоступінчаста   ракета Р-7. При стартовій масі 283 тони вона здатна доставляти головну частину масою 5,4 тони на відстань 8 тисяч кілометрів.

Справді , Сергій Корольов зробив великий внесок у  розвиток космонавтики .

Під його керівництвом здійснено запуски перших штучних супутників Землі  та перші польоти людей у космос.

А зараз перейдемо до розгляду третього питання

 

3. Застосування реактивного руху

Реактивний рух використовується в природі і техніці .Чи зустрічали ви такий рух в природі?

А)  Реактивний рух в живій і неживій природі

Презентація 2 «Реактивний рух в живій і неживій природі»

Реактивний рух, який зараз використовується в реактивних літаках, ракетах і космічних снарядах, властивий восьминогам, кальмарам, каракатицям і медузам. Усі вони використовують для плавання реакцію (віддачу) струменя води, який викидає­ться. Саме це дало підставу назвати кальмарів біоло­гічними ракетами. У м'язах кальмара в результаті складних перетворень хімічна енергія переходить у механічну (в енергію руху).

Інженери вже створили двигун, подібний до двигуна кальмара. Його назвали водометом. У цьому двигуні вода засмок­тується в камеру, а потім викидається з неї через сопло; судно рухається в бік, протилежний  напряму викидання струменя води. Вода засмоктується за допомогою звичайного бензинового або дизельного  двигуна. Водомети використовують на  річковому транспорті.

Серед рослин відомий так званий «скажений огірок». Коли він достигає , його насіння з плода викидається назовні в один бік, а оболонка відлітає в інший.

Практично реактивний рух застосовують в літаках і автомобілях. Найшвидші літаки і автомобілі з реактивними двигунами. Але найбільше застосування реактивний рух отримав у ракетах.

Ракета єдиний засіб рухатися в космічному просторі, адже вона може рухатися без взаємодії з іншими тілами . Основним призначенням ракети є виводити на орбіту Землі штучні супутники, космічні апарати ,  космічні станції.

Б) Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики

 

Презентація 3 «Штучні супутники Землі. Розвиток космонавтики»

4 жовтня 1957 року було запущено перший штучний супутник Землі  за допомогою ракети Р-7.У першому супутнику нічого особливого не було : звичайна алюмінієва куля з антенами радіопередавачів , але запуск цього супутника відкрив початок космічної ери людства. Маса супутника становила 83,6 кг.

 

3 листопада 1957 відбувся старт другого штучного супутника Землі  --масою      508, 3  кілограми.   Вперше в історії на орбіті навколо земної кулі оберталася жива істота - собака Лайка. Цей політ мав дуже важливе значення для майбутнього космонавтики: була доведена  можливість нормального існування живого організму в умовах  невагомості. Супутник-2  мав відсіки для радіопередавачів, телеметричної системи, блоку управління, систем регенерації повітря і регулювання температури в кабіні, і наукові прилади. Супутник-2 виявив http://uk.wikipedia.org/wiki/%25D0%2597%25D0%25B5%25D0%25BC%25D0%25BB%25D1%258F  зовнішні радіаційні пояси  Землі .

 

У травні 1958 року на орбіту був виведений третій штучний супутник Землі, вагою 1327 кілограмів.Так з'явилася перша автоматична наукова лабораторія,

що літає. Маючи форму конуса з діаметром основи 1,73 метра і висотою 3,75 метра,   на борту супутника було розміщено 12 наукових приладів. Послідовність їх роботи задавав програмно-часовий прилад. Вперше передбачалося застосувати бортовий магнітофон для запису телеметрії на тих ділянках орбіти, які не були доступні наземним станціям стеження .

 

12 квітня 1961 року відбувся перший космічний політ Юрія Гагаріна  на кораблі «Восток» ( відео)

Але першим космонавтом міг би стати українець — Валентин Бондаренко. Син партизанського розвідника , він мріяв стати військовим пілотом. Закінчивши школу, хлопець вступив до військового авіаційного училища. Із трьох тисяч осіб було відібрано тільки двадцять.  Бондаренко був зарахований у загін піонерів космосу стажером-космонавтом , коли йому виповнилось 24 роки. Уже з кінця 1960 року молодий офіцер приступив до занять разом з іншими майбутніми  космонавтами . Він вирізнявся з-поміж усіх своєю волею , витримкою, цілеспрямованістю . Під час тренувальних випробувань у барокамері сталася пожежа , яка була фатальною для першого стажера-космонавта Бондаренка. Таємниця довкола трагічної загибелі кандидата в перші космонавти зберігалася протягом чверті століття  й тільки у 1985 році з’явилися перші публікації .

 

Після першого польоту людини за межі Землі дослідження та освоєння космічного простору набули широкого розвитку. У1963 році перша жінка Валентина Терешкова побувала в космосі . В  1966 році відбувся перший вихід людини у відкритий  космос Олексія Леонова з корабля «Восход-2».

Одним із визначних досягнень космічної програми США став політ космічного корабля «Апполон» , який дав можливість астронавту Ніллу  Армстронгу  в 1969 році здійснити першу прогулянку по поверхні  Місяця.

Автоматичні міжпланетні станції   дослідили поверхні  Венери, Марсу, долетіли навіть до далеких Юпітера і Сатурна.

 

4. Внесок українських вчених у розвиток космонавтики.

Відрадно, що Україна посідає чільне місце у розвитку світової космонавтики .

 

Презентація 4 «  Внесок українських вчених у розвиток космонавтики »

Чималий внесок у розвиток космонавтики  зробили такі українські вчені, як

Валентин Глушко, уродженець Одеси. Він керував роботами із створення потужних ракетних двигунів та ракет на рідкому паливі, створив перший у світі електротермічний ракетний двигун .

Михайло Янгель, нащадок козацького роду. Будучи геніальним конструктором він створив свою школу в розробці ракет та веденні супутникових досліджень. В його бюро була створена ракета Р-12—рекордсмен ракетної техніки, ракета на високо киплячих компонентах палива, військова ракета Р-36М2, відома в НАТО під назвою «сатана», ракети-носії «Космос», «Інтеркосмос», «Зеніт».

До знаменитих творців космічної техніки ще слід віднести –академіка Володимира Челомея. Він створив потужну ракету «Протон», яка всіх здивувала. Під його керівництвом були  збудовані кораблі-супутники «Космос-1267» та «Космос-1870».Він залишив після себе учнів ,які продовжують справу його життя.

Відрадно, що  70% праць з космонавтики належать українським вченим і кожен третій космонавт українець за походженням . Велику сім’ю космонавтів СРСР  поповнила ціла плеяда українців. Ось вони—герої космосу:

ПАВЛО ПОПОВИЧ, ГЕОРГІЙ БЕРЕГОВИЙ, ВОЛОДИМИР ЛЯХОВ, ВОЛОДИМИР ВАСЮТІН, ВАСИЛЬ ЦИБЛІЄВ, ГЕОРГІЙ ШОНІН, ЛЕОНІД ПОПОВ, ОЛЕКСАНДР ВОЛКОВ, ЮРІЙ МАЛЕНЧЕНКО, ГЕОРГІЙ ДОБРОВОЛЬСЬКИЙ , ЛЕОНІД КИЗИМ, АНАТОЛІЙ ЛЕВЧЕНКО, ЮРІЙ ГІДЗЕНКО, ВІТАЛІЙ ЖОЛОБОВ, ІГОР ВОВК, АНАТОЛІЙ АРЦЕБАЛЬСЬКИЙ, ЮРІЙ ОНУФРІЄНКО.

 

19 листопада 1997 року з мису Канаверал , штат  Флорида ( США) , на кораблі багаторазового використання « Колумбія»  на навколоземну орбіту вперше вирушив громадянин незалежної України Леонід  Каденюк.

Леонід Каденюк народився 28 січня 1951 року в селі Клішківці Хотинського району Чернівецької області в сім’ї сільських учителів . Закінчив Чернігівське авіаційне училище , а згодом був відібраний до групи космонавтів ім.. Ю. Гагаріна. За час підготовки до космічних польотів пройшов підготовку з проведення наукових експериментів на борту космічних літальних апаратів з найрізноманітніших напрямів наук : біології, медицини, метеорології, екології, геології, астрономії, геоботаніки. Сьогодні Леонід Каденюк—генерал-майор Збройних сил України, удостоєний звання «Герой України», нагороджений орденами й медалями. Автор п’яти наукових праць , працює над шостою , у якій аналізує досвід, набутий під час польоту в космос.

 

На початку вересня 2006 року відбувся політ американського екіпажу в космос на шатлі « Атлантіс» .У складі експедиції з шести астронавтів була американка українського походження Гайдемарі Пайпер. Астронавти пробули на борту корабля 12 діб , здійснивши три виходи у відкритий космос , два з яких за участі Гайдемарі , встановлюючи на станції сонячні батареї . Тривалість кожного виходу становила 6,5 години. Такого завдання не виконувала ще жодна жінка  світу. Астронавтка Гайдемарі Стефанидин- Пайпер народилася 7 лютого 1963 року  в Мінесоті ( США) в сім’ї українця Михайла Стефанишина й німкені Адельгейд.  Батько її походить  із села Якимів Кам’янко -Бузького району на Львівщині .

На початку 2007 року вона побувала на батьківщині свого батька .  Гайді побувала день у Львові  і у Києві.

 

У нашій державі велика увага приділяється розвитку космонавтики. Невипадково за міжнародними рейтингами Україна посідає третє  місце серед космічних країн . Перший супутник незалежної України - «Січ-1» запущений 31 серпня 1995 року. Штучний супутник Землі «Січ-2» Україна запустила  у  серпні  2011року. Сателіт вивчає   поверхню Землі, зокрема, територію України.

 

Наша держава  є активним учасником міжнародних космічних проектів. Науковці України беруть участь у програмі « Морський старт». 21 жовтня  2000року з плавучої платформи Odissey в Тихому океані на екваторі стартувала ракета «Зеніт-3», із найважчим супутником зв’язку масою 5100 кг.

Україна співпрацює з двадцятьма країнами світу  в галузі космонавтики, бере участь у 25 міжнародних та сотні  комерційних проектах і програмах.

Чималий внесок у розвиток космонавтики  робить конструкторське бюро «Південне» , ВО « Південмаш». Сьогодні Україна відома своїми ракетами-носіями «Зеніт », «Циклон-3», «Дніпро»; апаратурою стикування «Курс», системами прицілювання ракет, апаратурою для космічних комплексів «Союз», «Прогрес», «Протон», «Моноліт».  Україна, співпрацюючи Бразилією, розпочали запуски супутників за допомогою ракета-носія « Циклон» з бразильського космодрому «Алькантара».

Приємно , що   Україна—держава космічна і це підносить її авторитет на світовій арені

 

V. Закріплення нового навчального матеріалу.

 

Кросворд « Космонавтика»

								1
							2
3
							4
	5
6
				7
								8

Відгадати назву ракети.

По горизонталі:

1.                                                    Перший космонавт незалежної України.
2.                                                    Український вчений, що розробив « равликову  трасу» польоту на Місяць.
3.                                                    Прізвище першого космонавта світу.
4.                                                    Частина ракети.
5.                                                    Український вчений, що накреслив проект літаючого апарату на стіні камери перед стратою.
6.                                                    Перший творець бойових ракет на Україні.
7.                                                    Засновник теоретичної космонавтики.
8.                                                    Назва ракети Ю. Гагаріна.

 

 

VІ. Домашнє завдання: параграф 13, пункт 3

1. Радіус орбіти Іо (супутника Юпітера) 422 000 км. Скориставшись наведеними в Додатку даними, знайдіть швидкість орбітального руху і період обертання Іо

VІІ. Підведення підсумків уроку.

 

 

								1
							2
3
							4
6
				7
								8

 

Відгадати назву ракети.

 

По горизонталі:

 

1. Перший космонавт незалежної України.

2.Український вчений, що розробив «равликову трасу» польоту на      Місяць.

3.Прізвище першого космонавта світу.

4.Частина ракети.

5.Український вчений, що накреслив проект літаючого апарату на стіні     камери перед стратою.

6.               Перший творець бойових ракет на Україні.

7.Засновник теоретичної космонавтики.

8.Назва ракети Ю. Гагаріна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опорний конспект з теми

«Реактивний рух. Штучні супутники Землі.

Розвиток космонавтики. Внесок українських вчених у розвиток космонавтики.

 

Реактивний рух –це рух тіла , який виникає внаслідок того , що від тіла                            відокремлюється його частина   з  певною швидкістю  відносно тіла.

 

Будова ракети.

Оболонка

Газ

 

Швидкість реактивного  руху ракети :

 

= ,  де - швидкість ракети ; - швидкість витікання газу ;

- маса оболонки ракети   - маса газу

 

О. Засядько — перший творець бойових ракет на Україні.

М. Кибальчич — перший   проект пілотованої ракети  з пороховим двигуном .

К. Ціолковський  —  вивів формулу швидкості    ракети, висунув ідею

багатоступінчастих  ракет. Засновник теоретичної космонавтики.

Ю.Кондратюк (О.Шаргей ) — розробив основи сучасної теоретичної і практичної

космонавтики.

С. Корольов — засновник практичної космонавтики, керівник перших польотів у космос.

 

4 жовтня 1957 — запуск першого штучного супутника Землі.

12 квітня 1961 — політ першої людини, Юрія Гагаріна, у космос.

31 серпня 1995—запуск першого супутника незалежної України «Січ-1»

19 листопада 1997—політ першого космонавта незалежної України, Леоніда Каденюка.