Номер 10, страница 156, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механика. Глава III. Законы сохранения в механике. Параграф 15. Реактивное движение. Освоение космоса - номер 10, страница 156.

Условие.

10. Почему самолёт с пропеллером не может доставить груз на орбитальную космическую станцию?

Решение 2.

Самолёт с пропеллером не может доставить груз на орбитальную космическую станцию по нескольким фундаментальным причинам, связанным с принципом его полёта и физическими условиями на большой высоте и в космосе.

1. Принцип создания тяги
Движущая сила самолёта — тяга — создаётся пропеллером. Пропеллер представляет собой воздушный винт, лопасти которого имеют специальный аэродинамический профиль. Вращаясь, они захватывают и отбрасывают массу воздуха назад. В соответствии с третьим законом Ньютона, сила, с которой пропеллер отталкивает воздух, порождает равную по величине и противоположную по направлению силу реакции, которая толкает самолёт вперёд.
Ключевым моментом здесь является то, что для работы пропеллера необходима среда — воздух, который можно отбрасывать. По мере набора высоты плотность атмосферы экспоненциально уменьшается. На высоте орбитальных станций (например, МКС летает на высоте около 400 км) царит глубокий вакуум. В безвоздушном пространстве пропеллеру нечего отбрасывать, и он не сможет создать никакой тяги.

2. Принцип создания подъёмной силы
Полёт самолёта возможен благодаря подъёмной силе, которая создаётся крыльями и противодействует силе тяжести. Она возникает из-за разницы давлений над и под крылом, когда его обтекает поток воздуха (согласно принципу Бернулли). Чтобы эта сила была достаточной для полёта, необходим воздух определённой плотности.
С увеличением высоты и падением плотности воздуха для создания достаточной подъёмной силы самолёту нужно лететь всё быстрее. Однако на больших высотах (выше так называемого "потолка" самолёта) разрежённый воздух уже не может обеспечить необходимую подъёмную силу, даже при максимальной скорости. В космосе, где воздуха нет, крылья абсолютно бесполезны.

3. Работа двигателя
Большинство пропеллерных самолётов оснащено двигателями внутреннего сгорания (поршневыми или турбовинтовыми). Такие двигатели являются "воздушно-дышащими", то есть для сжигания топлива им необходим кислород, который они забирают из атмосферы. На большой высоте содержание кислорода в единице объёма воздуха падает, что приводит к резкой потере мощности двигателя и, в конечном итоге, к его остановке. Ракетные двигатели, в отличие от самолётных, несут окислитель (например, жидкий кислород) с собой на борту, поэтому они могут эффективно работать в вакууме.

4. Необходимость достижения орбитальной скорости
Чтобы выйти на орбиту и стать искусственным спутником Земли, недостаточно просто подняться на нужную высоту. Необходимо также набрать огромную горизонтальную (тангенциальную) скорость, называемую первой космической скоростью. Для низкой околоземной орбиты она составляет примерно $v_1 \approx 7.9$ км/с, что равно примерно 28 440 км/ч.
Пропеллерные самолёты конструктивно не предназначены для таких скоростей; их крейсерские скорости в десятки и сотни раз меньше. Попытка разогнаться до таких скоростей в плотных слоях атмосферы привела бы к мгновенному разрушению самолёта из-за колоссального сопротивления воздуха и аэродинамического нагрева.

Таким образом, самолёт с пропеллером — это сугубо атмосферный летательный аппарат, чья конструкция и принцип действия полностью зависят от наличия воздуха.
Ответ: Самолёт с пропеллером не может доставить груз на орбитальную станцию, потому что для создания тяги (пропеллером), подъёмной силы (крыльями) и для работы двигателя ему необходим воздух, который практически отсутствует на высоте орбиты. Кроме того, самолёт принципиально не способен развить первую космическую скорость, которая обязательна для выхода на орбиту и нахождения на ней.