Урок "Реактивний рух. Внесок українських учених у розвиток космонавтики."

Діяльність учителя

Які компетентності формуються

Діяльність учнів

Стимулювання діяльності учнів, забезпечення загальної готовності класу, своєчасного початку уроку

Формування самоосвітньої компетентності, здібності до організації своєї навчально-пізнавальної діяльності

Концентрують увагу на навчальній діяльності, настрій на діловий ритм уроку

                                 3. Оголошення теми уроку

Учитель проводити демонстраційній експеримент ставити проблемні запитання: пояснити результати дослідів

Формування пізнавального інтересу учнів до теми, що вивчається, розширення кругозору учнів про фізичні явища, (предметна і самообразовательная компетентність). Формування умінь висувати гіпотези, обґрунтовувати свій вибір.

Дізнаються нову інформацію взаємодії тіл, пропонують можливі відповіді, беруть участь в обговоренні результатів досвіду

Сегнерова колесо, учитель демонструє реактивний рух.

                                      Дидактична гра «Дізнайся героя»

                  Твердження

                                       Поняття

Медуза, кальмар, каракатиця, молюск-гребінець використо-вує те, що буде розглянуто сьогодні на уроці.

Всі перераховані морські представники фауни пересуваються, використовуючи принцип реактивного руху, який і буде розглянуто на уроці. восьминогами,кальмарами, каракатиця. Наприклад, морський молюск-гребінець рухається вперед за рахунок реактивної сили струменя води, викинутої з раковини при різкому стисканні її стулок. Сальпа - морська тварина з прозорим тілом, при русі бере 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 і поперечні м'язи сальпи скорочуються, все тіло стискається, і вода через заднє отвір виштовхується назовні. Реакція витікає струменя штовхає Сальп вперед.

Уперше в техніці ідея того, що буде розглянуто на уроці, з'являється у кінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї. У Ньютона також були ідеї створення пристрою, в основі роботи якого був закон збереження імпульсу.

У кінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, який приводив в дію ракети,  бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один з перших проектів автомобілів був також з реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону.

Українець Н.И.Кибальчич був автором першого у світі летательного апарату, в основі руху якого - принцип того, що буде розглянуто на уроці.

Автором першого у світі проекту реактивного літального апарату, призначеного для польоту людини, був російський революціонер - народоволець Н.И. Кибальчич. Його страчували 3 квітня 1881 р. за участь в замаху на імператораОлександра II. Свій проект він розробив

 у в'язниці після виголошення смертного вироку. Кибальчич писав: "Перебуваючи в ув'язненні, за декілька днів до своєї смерті я  пишу цей проект. Я вірю в здійсненність моєї ідеї, і ця віра підтримує мене в моєму жахливому положенні. Я спокійно з устріну смерть, знаючи, що моя ідея не загине разом зі мною".

                                                 План.

1.  Етап вивчення нового матеріалу.
2. Реактивний рух в природі та техніці.
3.  Космічні польоти та реактивний рух Реактивний рух у природі

Для розкриття 1 пункту плану вчитель проводити демонстраційний експеримент, в якому демонструється реактивний рух. Викладає навчальний матеріал у вигляді лекції.

Формування предметної та світоглядної компетентностей: вміння аналізувати побачений дослід, робити висновки, на підставі чого формують нові знання.

Учні аналізують результати дослідів, роблять висновки, складають стислий конспект навчального матеріалу.

     Візьмемо, наприклад, дитячу повітряну кульку, надуємо її и відпустимо. Ми побачимо, що, коли повітря начнет виходити з неї  в одну сторону, сама кулька полетить в іншу. Це і є реактивний рух.

     За принципом реактивного руху пересуваються деякі представники тваринного світу, наприклад, кальмари і восьминоги. Періодично викидаючи вбирану в себе воду, вони здатні розвивати швидкість до 60-70 км/год. Аналогічним чином переміщаються медузи, каракатиці і деякі інші тварини. Приклади реактивного руху

можна виявити і у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "скаженого" огірка при

найлегшому дотику відскакують від плодоніжки і з отвору, що утворився на місці ніжки, що відокремилася, з силою викидається гірка рідина з насінням; самі огірки при цьому відлітають в протилежному напрямі.

      Реактивний рух, що виникає при викиді води, можна спостерігати на наступному досвіді. Нальємо воду в скляну воронку, сполучену з гумовою трубкою, що має Г-подібний наконечник (мал.). Ми побачимо, що, коли вода почне виливатися з трубки, сама трубка прийде в рух і відхилиться убік, протилежну до напряму витікання води. Це принцип реактивного руху, який лежить в основі роботи реактивних двигунів. Реактивні двигуни, в першу чергу, потрібні для освоєння космічного простору.

       Отже, знаходячись у відкритому космосі, корабель не має можливості

відштовхнутися від якої-небудь опори, оскільки її, просто, немає. Єдиною силою, яка могла б повідомити кораблю прискорення, є реактивна тяга. Попри те, що в межах земної атмосфери немає необхідності застосовувати реактивні двигуни, більшість сучасних літаків літають саме на реактивній тязі. Це обумовлено тим, що реактивна тяга надає досить високі швидкості, в порівнянні з тими, які досяжні гвинтовими літаками.

     Температура в камері згорання складає близько 3 000 оС, внаслідок чого, тиск зростає до 50 атм. У камері згорання при згоранні палива утворюються гази, які із-за високої температури створюють високий тиск на стінки камери. В результаті цього, гази вириваються з сопла ракети, тим самим рухаючи її вперед. Виконується закон збереження імпульсу : сумарний імпульс системи повинен залишатися рівним нулю. Певна маса газів виривається з сопла в один бік, тому, ракета повинна почати рухатися в інший бік. Для збільшення ефекту застосовують звуження сопла, щоб збільшити швидкість витікання газів. Отже,  при цьому, через менший поперечний переріз повинно буде пройти ту ж кількість газів за певний час. Отже, швидкість витікання газів повинна збільшитися. Помітимо, що навіть при постійній швидкості витікання газів, швидкість ракети збільшуватиметься, оскільки зменшуватиметься її маса в результаті згорання палива. Виходячи з цього, ми можемо ;

    Зверніть увагу, що перед швидкістю витікання газів коштує знак "мінус", оскільки, ця швидкість спрямована в протилежну сторону, чим швидкість руху ракети.

На принципі реактивного руху грунтовані польоти ракет. Сучасна космічна ракета є дуже складним літальним апаратом, що складається з сотень тисяч і мільйонів деталей. Маса ракети величезна. Вона складається з маси робочого тіла (розжарених газів, що утворюються в результаті згорання палива і викидаються у вигляді реактивного струменя) і кінцевоїили, как говорят, "сухої" маси ракети, що залишається після викиду з ракети робочого тіла. "Суха" маса ракети, у свою чергу, складається з маси конструкції (т. е. оболонки ракети, її двигунів і системи управління) і маси корисного навантаження (тобто наукової апаратури, корпусу космічного апарату, що виводиться на орбіту, екіпажа і системи життєзабезпечення корабля).

У міру витікання робочого тіла баки, що звільнилися, зайві частини оболонки і т. д. починають обтяжувати ракету непотрібним вантажем, утрудняючи її розгін. Тому для досягнення космічних швидкостей застосовують складені (чи багатоступінчасті) ракети (мал.). Спочатку в таких ракетах працюють лише блоки першого ступеня:

1. Коли запаси палива в них кінчаються, вони відділяються і включається другий ступінь;
2.  Після вичерпання в ній палива вона також відділяється і включається третій ступінь;
3.  Супутник, що знаходиться в головній частині ракети, або який-небудь інший космічний апарат укритий головним обтічником 4, обтічна форма якого сприяє зменшенню опору повітря при польоті ракети в атмосфері Землі.

      Коли реактивний газовий струмінь з великою швидкістю викидається з ракети, сама ракета спрямовується в протилежну сторону. Чому це відбувається? Згідно з третім законом Ньютона, сила F, з якою ракета діє на робоче тіло, рівна за величиною і протилежна по напряму до сили F', з якою робоче тіло діє на корпус ракети :

F' = F.

Сила F'  (яку називають реактивною силою) і розгонить ракету. З рівності виходить, що що повідомляється тілу імпульс дорівнює твору сили на час її дії. Тому однакові сили, що діють впродовж одного і того ж часу, повідомляють тілам рівні імпульси. В даному випадку імпульс mрvр, що придбавався ракетою, повинен пульсу mгазvгаз викинутих газів :

mрvр = mгазvгаз

Звідси слідує, що швидкість ракети

   Проаналізуємо отримане вираз. Ми бачимо, що швидкість ракети тим більше, чим більше швидкості газів, що викидаються, і чим більше відношення маси робочого тіла (т. е. маси палива) до кінцевої ("сухий") маси ракети.

     Формула є наближеною. У ній не враховується, що у міру згорання палива маса ракети, що летить, стає усе менше і менше. Точна формула для швидкості ракети уперше була отримана в 1897 р. К. Э. Циолковским і тому носить його ім'я. Велика заслуга в розвитку теорії реактивного руху належить Костянтину Едуардовичу Циолковскому, який запропонував теорію багатоступінчастих ракет.