Технические объекты, страница 117 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Механика. Глава 4. Законы сохранения в механике. Параграф 22. Механическая работа. Мощность. Вопросы - страница 117.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

На рис. 83 изображена модель ракеты. Она состоит из камеры («камеры сгорания»), которую заполняют сжатым воздухом, и сопла. Если открыть клапан, то сжатый воздух с большой скоростью начнёт вытекать из сопла. В результате ракета поднимается вверх.

От каких физических величин зависит реактивная сила истечения сжатого воздуха?

Указание. Используйте информацию из рубрики «Материал для дополнительного чтения».

Рис. 83

Решение.

Решение

Движение ракеты, описанное в задаче, является примером реактивного движения. Оно подчиняется закону сохранения импульса. Когда ракета выбрасывает массу (в данном случае — сжатый воздух) в одном направлении, сама ракета, согласно третьему закону Ньютона, испытывает действие силы, направленной в противоположную сторону. Эта сила называется реактивной силой или силой тяги.

Величина реактивной силы $\text{F}$ зависит от двух основных физических величин и может быть выражена формулой:

$F = \dot{m} \cdot v_e$

где:

• $\dot{m}$ (читается как «эм с точкой») — это массовый расход воздуха, то есть масса воздуха, которая истекает из сопла за единицу времени (например, в кг/с).
• $v_e$ — это скорость истечения воздуха относительно ракеты.

Проанализируем каждую из этих величин:

1. Скорость истечения воздуха ($v_e$). Чем быстрее воздух вылетает из сопла, тем большую силу он создает. Эта скорость напрямую зависит от давления сжатого воздуха внутри камеры: чем выше давление, тем больше потенциальная энергия сжатого газа, которая переходит в кинетическую энергию истекающей струи.

2. Массовый расход воздуха ($\dot{m}$). Чем большую массу воздуха ракета выбрасывает каждую секунду, тем больше создаваемая реактивная сила. Массовый расход, в свою очередь, зависит от плотности сжатого воздуха (которая определяется его давлением) и от площади поперечного сечения сопла.

Таким образом, реактивная сила тем больше, чем больше масса выбрасываемого в секунду воздуха и чем выше скорость его истечения.

Ответ: Реактивная сила истечения сжатого воздуха зависит от скорости, с которой воздух покидает сопло, и от массового расхода воздуха (массы воздуха, выбрасываемой из сопла в единицу времени).