Номер 2, страница 178, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 5. Законы сохранения в механике. Параграф 43. Успехи в освоении космоса. Повторим изученное - номер 2, страница 178.

Условие.

• Каков принцип действия ракеты?

Решение.

Принцип действия ракеты основан на реактивном движении. Это движение возникает, когда от тела с некоторой скоростью отделяется его часть. Согласно третьему закону Ньютона, сила, с которой ракета отбрасывает продукты сгорания (реактивную струю), равна по величине и противоположна по направлению силе, которая действует на ракету со стороны этих газов. Именно эта вторая сила, называемая реактивной тягой, и толкает ракету вперед.

Этот процесс также описывается законом сохранения импульса. В замкнутой системе "ракета-топливо" полный импульс системы остается постоянным. До старта, когда ракета неподвижна, ее импульс равен нулю. В процессе работы двигателя ракета выбрасывает раскаленные газы (рабочее тело) в одном направлении. Эти газы обладают определенным импульсом. Чтобы суммарный импульс системы оставался равным нулю (в отсутствие внешних сил), ракета должна приобрести импульс, равный по величине и противоположный по направлению импульсу выброшенных газов. Математически это можно выразить так: если за малый промежуток времени $\Delta t$ ракета массой $\text{M}$ выбрасывает газы массой $\Delta m$ со скоростью $\vec{u}$ относительно ракеты, то изменение импульса ракеты будет равно:

$M \cdot \Delta\vec{v} = -\Delta m \cdot \vec{u}$

где $\Delta\vec{v}$ – изменение скорости ракеты. Знак "минус" показывает, что ракета движется в направлении, противоположном истечению газов.

Важной особенностью ракеты является то, что она не нуждается во внешней среде (например, воздухе или земле), чтобы отталкиваться. Она не "отталкивается" от воздуха. Наоборот, в вакууме, где нет сопротивления воздуха, ракета работает наиболее эффективно. Для сгорания топлива ракета несет на борту не только горючее, но и окислитель (например, жидкий кислород), что позволяет двигателю функционировать в безвоздушном пространстве.

Скорость, которую может развить ракета, описывается формулой Циолковского: $\Delta v = v_e \ln\frac{m_0}{m_f}$. В этой формуле $\Delta v$ — это максимальное изменение скорости ракеты (приращение скорости); $v_e$ — эффективная скорость истечения газов из сопла; $m_0$ — начальная масса ракеты (с топливом); $m_f$ — конечная масса ракеты (без топлива); а $\ln$ — это натуральный логарифм. Эта формула показывает, что для достижения высокой скорости необходимо иметь большую скорость истечения газов и как можно большее отношение начальной массы к конечной (то есть, основная масса ракеты должна приходиться на топливо).

Ответ: Принцип действия ракеты основан на третьем законе Ньютона и законе сохранения импульса. Ракета отбрасывает часть своей массы (продукты сгорания топлива) в одном направлении, что создает реактивную силу (тягу), толкающую ракету в противоположном направлении. Этот процесс не требует наличия внешней опоры или среды и наиболее эффективен в вакууме.