Урок з теми "Реактивний рух"

9 клас, фізика

ТЕМА. Реактивний рух. (слайд 1) 

 

ЗАВДАННЯ:

• поглибити знання учнів з теми імпульс, закон збереження імпульсу;
• формулювати означення реактивного руху, вивчити особливості реактивного руху, наводити приклади цього руху;
• застосовувати свої знання на практиці;

Підручник для 9 класу, за редакцією  В.Г. Бар`яхтара, С.О. Довгого.,

підручник для 9 класу, за редакцією  Т.М.Засєкіної, Д.О.Засєкіна.

 «У погоні за світлом і знаннями людство

спочатку боязко вигляне за атмосферу ,

а потім завоює собі весь

навколосонячний простір »

 К.Е. Ціолковський

 

ТЕОРЕТИЧНИЙ БЛОК

Експрес - опитування: (слайд 2)

1. Що називають імпульсом?

Можлива відповідь: Функцію механічного стану матеріальної точки називають імпульсом.

2. Імпульс тіла – це…

Можлива відповідь: імпульс тіла – це векторна величина, яка дорівнює добутку маси тіла на швидкість поступального руху центра мас.

3. Назвіть внутрішні сили для системи з двох тіл.

Можлива відповідь: сили взаємодії між тілами, що входять до системи, наприклад, між зорями, називаються внутрішніми силами.

4. Що таке зовнішні сили?

Можлива відповідь: Це сили діяння на тіла даної системи (дві зорі) з боку тіл, які не входять до цієї системи (наприклад, сусідні космічні тіла).

5. Як впливають внутрішні сили на сумарний імпульс системи?

Можлива відповідь: Внутрішні сили, змінюючи імпульси окремих тіл системи, не змінюють сумарний імпульс системи.

6. Яку систему називають замкненою? 

Можлива відповідь: Це система тіл, на кожне з яких не діють зовнішні сили.

7. Сформулюйте закон збереження імпульсу.

Можлива відповідь: В інерціальній системі відліку сумарний імпульс замкненої системи тіл у часі не змінюється.

8. Чому усі реальні системи не є замкненими?

Можлива відповідь: Тому що на тіла системи діють як сила тяжіння, так і сили опору, наприклад тертя.

9. В яких випадках закон збереження імпульсу можна застосовувати для не замкненої системи тіл?

Можлива відповідь: закон збереження імпульсу можна застосовувати для не замкненої системи тіл, якщо зовнішні сили, які діють на будь-яке тіло системи, врівноважуються.

Поміркуй! (слайд 3)

Проблемне питання:

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

Відповідь є простою: всі перелічені тіла від чогось відштовхуються.

Висновок: рух тіл відбувається за рахунок викиду речовин, або відштовхування тіл одне від одного.

• Завдяки чому рухаються космічні літальні апарати? 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)

Реактивний рух. (слайд 4)

Проведемо дослід. Повітряну кульку наповнюють повітрям. Кульку відпускають, із неї  виходить повітря і вона  починає  стрімко рухатися, і рухається доти, поки з отвору виходить повітря.

 Запитання до демонстрації:

1. Чому рухається кулька?
2. Куди  вона рухається, якщо вона не зав′язана і з неї виходить повітря?
3. Як називають такий рух?

 

Важливим випадком прояву і практичного використання закону збереження імпульсу є так званий реактивний рух.

• Реактивний рух – це  рух, що виникає, внаслідок відділення з певною швидкістю від тіла якоїсь його частини.

Особливість цього руху полягає в тому, що прискорення чи гальмування тіла відбувається без будь-якої взаємодії з навколишніми тілами.

 

 

Повітря є відокремлюваною частиною кульки. (слайд 5)

Імпульс повітря

 

Імпульс кульки  

 

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. (слайд 6)

Реактивний рух ракети. (слайд7-8))

Реактивний рух особливо важливе практичне значення має під час надання руху реактивним літакам і ракетам. Ракетні двигуни чудові тим, що здатні працювати не лише в повітрі, але й у безповітряному просторі, оскільки кисень, необхідний для горіння палива, входить до його складу. Тому вони використовуються для польотів у верхніх, дуже розріджених шарах атмосфери, для виведення на орбіту штучних супутників Землі, руху космічних кораблів.

 

Ракета – літальний апарат, який переміщується в просторі завдяки реактивній тязі, що виникає внаслідок відкидання ракетою частини власної маси.

 

Будова ракети:

Звертаємо увагу на призначення кожної час­тини. Газ, що утворюється у камері згоряння, і корпус ракети — це система двох взаємодіючих тіл.

 

Відокремлюваною частиною ракети є струмінь гарячого газу, який утворюється в ході згоряння палива. Коли газовий струмінь, нагрітий до високої температури, 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. (слайд 9)

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

Спроектуємо векторне рівняння на цю вісь OY:

3 формули бачимо, що швидкість корпуса тим більша, чим більша швидкість витікання газу і чим біль­ше відношення маси газу до маси корпуса ракети.

Якби паливо ракети згоряло миттєво, і руху ракети нічого не заважало , 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.

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. (слайд 10)

Триступенева ракета-носій “Восток”:

Ступені зі спорожнілими паливними резервуарами відкидаються в польоті → маса ракети зменшується → збільшується швидкість її руху.

На відміну від інших транспортних засобів, ракета може рухатись, не взаємодіючи з жодними іншими тілами, крім продуктів згоряння палива, що містять­ся в ній самій. Саме тому ракети використовують для запуску штучних супутників Землі та космічних ко­раблів, а також для їх переміщення в космічному просторі. Там їм немає на що спиратися і від чого від­штовхуватись, як це роблять земні засоби транспорту. У разі потреби ракету можна гальмувати. Саме так роблять космонавти, коли після закінчення по­льоту вони гальмують, щоб повернутися на Землю. Зрозуміло, що для цього газ із сопла повинен виліта­ти в той самий бік, куди рухається ракета. (слайд 11)

                               

 

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. (Слайд 12-13)

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.

Історична довідка. Прообразом сучасних реактивних двигунів можна вважати «кулю Герона», або «еоліпіл». Цей пристрій був створений у І ст. давньогрецьким математиком і механіком Героном з Александрії. Пара, що виходить із закріплених на кулі зігнутих трубочок (сопел), змушує кулю обертатися. (слайд 14)

 Реактивний рух у нашому житті. (слайд 15-16)

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 . За допомогою скорочення свого прозорого купола вони витісняють воду, яка служить свого роду «реактивних двигуном».

         

Реактивний рух  дуже часто  зустрічається  в житті, зокрема : «шалений огірок», який дозрівши, стріляє насінням і рухається в протилежний бік.

                    

У сучасній техніці реактивний рух відіграє дуже важливу роль, так реактивні двигуни приводять у рух реактивні літаки, космічні кораблі, реактивні артилерійські снаряди, катери.

     

 

( слайд 17) Відео - Застосування реактивного руху:

https://youtu.be/222Om7rHTWI

 

ПРАКТИЧНИЙ БЛОК

 Закріплення матеріалу

Вчимося розв’язувати задачі. (слайд 18-20)

1.    Два тіла однакового об'єму, сталеве і свинцеве, рухаються з однаковими швидкостями. Імпульс якого тіла більший й у скільки разів?    Густина свинцю - 11300кг/м³ , густина сталі 7800кг/м³ .

 

                         

                        

(Відповідь. Імпульс свинцевого тіла в 1.5 разів більша сталевого тіла)

2. Рух матеріальної точки описується рівнянням . Знайти імпульс точки через 4 с, вважаючи, що її маса дорівнює 4 кг.

 

3.З моделі ракети масою 200 г вилітають гази зі швидкістю 600 м/с відносно Землі. Вважати, що заряд масою 50 г згоряє миттєво. Визначити швидкість ракети після старту.      

Перевір себе: (слайд 21-22)

• Космонавт вийшов у відкритий космос і забув пристебнути страхувальний трос. У якому напрямку треба кинути гайковий ключ, аби повернутися на корабель? (відповідь: потрібно ключ кинути в бік протилежний від корабля).

• Завдяки чому мешканець морів восьминіг отримує можливість переміщатися в напрямку, протилежному викиданню струменя. (відповідь: восьминіг втягує воду в спеціальний м'язовий мішок у власному тілі, а  потім виштовхує її назовні).

БЛОК КОНТРОЛЮ

Запитання для самоконтролю

1.    Який рух називають реактивним?(це рух внаслідок відокремлення від системи деякої її частини з певною швидкістю.)

2.    Чому рухається ракета?(тому що не скомпенсована сила тиску розжареного газу на дно камери згоряння створює реактивну силу тяги двигуна.)

3. Яка будова ракети?(головна частина, запас пального, камера згорання, реактивне сопло.)

4.   Яким чином можна збільшити швидкість руху ракети?(збільшивши масу палива або швидкість витікання палива.)

Тести.

1. Чи можливо, сидячи у човні на воді для його руху, використати реактивний рух?  

А) так            Б) ні

2. Хто в живій природі використовує реактивний  рух? 

А) медуза

Б) морський бичок

В) восьминоги, кальмари, ракети

3.Завдяки яким двигунам стає можливим подорожування у міжпланетному просторі?

А) реактивним двигунам 

Б) іонним двигунам

4. Що ж таке реактивний рух? 

А) це рух тіла , який виникає внаслідок того , що від тіла відокремлюється його частина  з певною швидкістю відносно тіла

Б) це рух тіла , який виникає внаслідок того , що від тіла не відокремлюється його частина  з певною швидкістю відносно тіла

В) такого руху в природі не існує

5. Який закон лежить в основі реактивного руху?  

А) закон всесвітнього тяжіння

Б) закон збереження імпульсу

В) закон збереження енергії

Г) закон збереження заряду

6. Виберіть приклади реактивного руху  

А) стрибок з жердиною

Б) рух надзвукового винищувача

В) рух повітряної кульки, з якої виходить повітря

Г) рух гоночного автомобіля

7. Замкненою називається система , якщо на тіла... 

А) не діють зовнішні сили, а будь - які зміни стану системи є результатом дії внутрішніх сил.

Б) діють лише зовнішні сили

В) діють як внутрішні так і зовнішні сили

Г) дія зовнішніх сил набагато більша внутрішніх

8.  Імпульс тіла - це 

А) добуток маси тіла на його швидкість

 Б)векторна фізична величина, яка дорівнює добутку маси тіла на швидкість його руху

 В) скалярна величина, яка дорівнює добутку маси тіла на швидкість його руху

Г) залежність сили від швидкості руху тіла

9. Імпульс тіла обчислюється за формулою 

А) p = mv̅              Б) p = mv             В) p = m̅v              Г) p = Ft

10. Закон збереження імпульсу формулюється так - 

А) у замкненій системі тіл векторна сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює векторній сумі імпульсів тіл після взаємодії

Б) векторна сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює векторній сумі імпульсів тіл після взаємодії 

В) сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює сумі імпульсів тіл після взаємодії

Г) у замкненій системі тіл сума імпульсів тіл до взаємодії дорівнює сумі імпульсів тіл після взаємодії

 В) будь-яких тіл

 Г) тіл, що складають замкнену систему й взаємодіють із будь-якими силами

11. Принцип реактивного руху ґрунтується на: 

А) законі збереження енергії

 Б) законі збереження маси

 В) законі збереження імпульсу

 Г) законі всесвітнього тяжіння

12. Поїзд масою 2 т, рухаючись прямолінійно, збільшив швидкість від   36 км/год до 72 км/год. Його імпульс змінився на

А) 5*10⁴ кг м/с     Б) 3*10⁴ кг м/с      В)  2*10⁴ кг м/с      Г) 1, 5*10⁴ кг м/с

Домашнє завдання: (слайд 23)

1. Підручник для 9 класу, за редакцією  В.Г. Бар`яхтара, С.О. Довгого.

Опрацювати § 37,

Виконати вправу 37 (1,2,3).

Відповісти на контрольні запитання с. 233,

 

2. Підручник для 9 класу, за редакцією  Т.М.Засєкіної, Д.О.Засєкіна.

Опрацювати § 53,

Відповісти на контрольні запитання с. 238,  № 1-4 – усно, №5,6 – письмово.