Номер 4, страница 177, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 5. Законы сохранения в механике. Параграф 42. Реактивное движение. Вопросы и задания - номер 4, страница 177.

Условие.

4. В чём заключается основной принцип действия ракеты?

Решение.

Решение

Основной принцип действия ракеты заключается в реактивном движении, которое основано на законе сохранения импульса и третьем законе Ньютона.

Рассмотрим систему, состоящую из ракеты и топлива в ней. В начальный момент времени ракета покоится, и её суммарный импульс равен нулю. В процессе работы двигателя ракета с большой скоростью выбрасывает продукты сгорания топлива (газы) в одном направлении. Пусть масса выброшенных газов равна $m_г$, а их скорость относительно Земли – $\vec{v_г}$. Тогда импульс газов равен $\vec{p_г} = m_г \cdot \vec{v_г}$.

Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс замкнутой системы "ракета + газы" должен оставаться равным начальному, то есть нулю. Для этого ракета массой $M_р$ должна приобрести скорость $\vec{V_р}$ в направлении, противоположном движению газов, так, чтобы её импульс $\vec{p_р} = M_р \cdot \vec{V_р}$ был равен по модулю и противоположен по направлению импульсу газов:

$M_р \cdot \vec{V_р} + m_г \cdot \vec{v_г} = 0$

Отсюда следует, что $M_р \cdot \vec{V_р} = -m_г \cdot \vec{v_г}$.

Этот же принцип можно объяснить с помощью третьего закона Ньютона. Ракета действует на выбрасываемые газы с некоторой силой (сила действия), заставляя их двигаться. В свою очередь, газы действуют на ракету с такой же по модулю, но противоположно направленной силой (сила противодействия, или реактивная сила). Именно эта реактивная сила и толкает ракету вперёд.

Важнейшей особенностью реактивного движения является то, что для ускорения ракете не нужна внешняя опора или среда (воздух, земля). Она движется за счёт отбрасывания части своей собственной массы, поэтому ракеты могут летать в безвоздушном пространстве (космосе).

Зависимость скорости, которую может развить ракета, от массы сгоревшего топлива и скорости истечения газов описывается формулой Циолковского:

$\Delta V = u \cdot \ln\frac{m_0}{m_k}$

где $\Delta V$ – изменение скорости ракеты, $\text{u}$ – скорость истечения газов относительно ракеты, $m_0$ – начальная масса ракеты (с топливом), $m_k$ – конечная масса ракеты (без топлива), $\ln$ – натуральный логарифм.

Ответ: Основной принцип действия ракеты — это реактивное движение, основанное на законе сохранения импульса. Ракета отбрасывает часть своей массы (продукты сгорания топлива) в одном направлении, в результате чего сама приобретает импульс и движется в противоположном направлении.