Номер 1, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 22. Реактивный двигатель. Холодильные машины. Вопросы - номер 1, страница 87.

Условие.

1. На каком физическом принципе основано реактивное движение?

Решение.

1. Реактивное движение основано на фундаментальном физическом принципе — законе сохранения импульса. Этот закон гласит, что векторная сумма импульсов всех тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.

Рассмотрим ракету как замкнутую систему, состоящую из самой оболочки ракеты и находящегося в ней топлива. В начальный момент времени, когда ракета покоится, её суммарный импульс равен нулю. В процессе работы двигателя от ракеты с большой скоростью отделяется часть её массы — раскалённые газы. Пусть масса выброшенных газов равна $m_{г}$, а их скорость относительно Земли — $\vec{u}$. Тогда их импульс будет равен $m_{г}\vec{u}$.

Чтобы суммарный импульс системы «ракета + газы» по-прежнему оставался равным нулю (согласно закону сохранения импульса), ракета массой $M_{р}$ должна приобрести скорость $\vec{v}$ в направлении, противоположном движению газов. Её импульс $M_{р}\vec{v}$ будет равен по модулю и противоположен по направлению импульсу газов:

$M_{р}\vec{v} + m_{г}\vec{u} = 0$ или $M_{р}\vec{v} = -m_{г}\vec{u}$

Этот же принцип можно объяснить и с помощью третьего закона Ньютона: сила, с которой ракета действует на выбрасываемые продукты сгорания (действие), равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой эти продукты сгорания действуют на ракету (противодействие), сообщая ей ускорение. Эта сила противодействия и называется реактивной силой.

Ответ: Реактивное движение основано на законе сохранения импульса и, как его следствие, на третьем законе Ньютона.

2. Паровая и газовая турбины — это тепловые двигатели, предназначенные для преобразования тепловой энергии в механическую работу. Ниже представлены их сходства и различия.

Сходство:
Основное сходство заключается в принципе действия. И в паровой, и в газовой турбине рабочее тело (пар или газ), обладающее высокой температурой и давлением, расширяется и, проходя через сопловой аппарат, направляется на лопатки, закреплённые на роторе. Воздействуя на лопатки, поток рабочего тела заставляет ротор вращаться, создавая механическую работу на валу. Таким образом, обе турбины преобразуют внутреннюю энергию рабочего тела в кинетическую энергию вращения вала.

Различия:
1. Рабочее тело: В паровой турбине рабочим телом является водяной пар. В газовой турбине — горячие газы, которые являются продуктами сгорания топлива (например, природного газа, керосина) непосредственно в потоке сжатого воздуха.
2. Термодинамический цикл и тип сгорания: Паровая турбина работает по циклу Ренкина, который предполагает внешний подвод тепла (топливо сжигается в отдельном котле для нагрева воды и получения пара) и фазовые переходы рабочего тела (вода ↔ пар). Газовая турбина работает по циклу Брайтона, где происходит внутреннее сгорание (топливо сжигается непосредственно в камере сгорания), и рабочее тело не меняет своего агрегатного состояния.
3. Конструкция установки: Паротурбинная установка обязательно включает в себя паровой котёл, саму турбину, конденсатор (для охлаждения отработавшего пара и превращения его обратно в воду) и насос для подачи воды в котёл. Газотурбинная установка состоит из компрессора для сжатия воздуха, камеры сгорания и турбины.
4. Область применения и характеристики: Паровые турбины характеризуются высоким КПД и огромной единичной мощностью, они являются основой тепловых и атомных электростанций. Однако они массивны и требуют длительного времени для запуска. Газовые турбины компактнее, имеют высокую удельную мощность (мощность на единицу массы) и быстро запускаются, что делает их незаменимыми в авиации (турбореактивные двигатели) и на пиковых электростанциях.

Ответ: Сходство паровой и газовой турбин заключается в общем принципе преобразования тепловой энергии потока рабочего тела в механическую работу вращения ротора. Различия заключаются в типе рабочего тела (пар против продуктов сгорания), термодинамическом цикле (Ренкина против Брайтона), типе сгорания (внешнее против внутреннего), конструкции установки и областях применения.