Номер 3, страница 63 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

3. Реактивное движение в авиации.

2. Реактивное движение в природе

Реактивное движение — это движение тела, возникающее при отделении от него некоторой его части с определённой скоростью. В основе этого явления лежит закон сохранения импульса. Для замкнутой системы тел суммарный импульс остаётся постоянным. Если тело массой $\text{M}$, первоначально находящееся в покое, разделяется на две части — основную часть массой $m_1$ и отделяемую часть массой $m_2$ ($M = m_1 + m_2$), то согласно закону сохранения импульса: $m_1 \vec{v_1} + m_2 \vec{v_2} = 0$. Отсюда скорость основной части тела $\vec{v_1} = -\frac{m_2}{m_1}\vec{v_2}$. Знак «минус» показывает, что тело движется в сторону, противоположную направлению выброса его части. Природа «изобрела» этот способ передвижения задолго до человека. Наиболее известные примеры:
Кальмары, осьминоги, каракатицы: Эти головоногие моллюски являются классическим примером реактивного движения. Они засасывают воду в мантийную полость, а затем с силой выталкивают её через узкий сифон. Изменяя положение сифона, они могут маневрировать и развивать значительную скорость. Кальмары, например, способны совершать рывки со скоростью до 70 км/ч, иногда даже выпрыгивая из воды.
Медузы и сальпы: Эти морские обитатели передвигаются, ритмично сокращая свой купол (у медуз) или тело (у сальп), выбрасывая из-под него воду и получая импульс для движения в противоположном направлении.
Личинки стрекоз: Живя в воде, они используют для дыхания жабры в задней кишке. В случае опасности личинка резко сокращает мышцы и с силой выбрасывает из анального отверстия струю воды, что позволяет ей быстро перемещаться вперёд.
Морские гребешки: Эти двустворчатые моллюски могут перемещаться, резко схлопывая створки своей раковины. Вода, выталкиваемая из раковины, создает реактивную струю, толкающую гребешка в обратную сторону.
«Бешеный огурец» (Ecballium elaterium): Это растение демонстрирует реактивное движение в растительном мире. При созревании плода внутри него нарастает большое давление. При малейшем прикосновении плод отрывается от плодоножки, и из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами, а сам плод отлетает в противоположную сторону на расстояние до нескольких метров.

Ответ: Реактивное движение в природе основано на законе сохранения импульса и встречается у многих живых организмов, таких как кальмары, медузы, личинки стрекоз, а также у некоторых растений (например, «бешеный огурец»), которые используют выброс массы (воды, семян) для собственного перемещения.

3. Реактивное движение в авиации

Реактивное движение является основой полёта современных самолётов. Принцип действия авиационного реактивного двигателя основан на третьем законе Ньютона: сила действия равна силе противодействия. Двигатель забирает из атмосферы воздух, сжимает его, смешивает с топливом и поджигает. Образующиеся в камере сгорания горячие газы под высоким давлением с огромной скоростью истекают через сопло назад. В результате этого возникает сила реакции, называемая силой тяги, которая толкает самолёт вперёд.
Величина силы тяги ($F_{тяги}$) в упрощённом виде определяется формулой: $F_{тяги} = \dot{m}_{газа} \cdot v_{газа} - \dot{m}_{возд} \cdot v_{самолета}$, где $\dot{m}_{газа}$ и $\dot{m}_{возд}$ — массовый расход газа на выходе из сопла и воздуха на входе в двигатель в секунду, $v_{газа}$ — скорость истечения газов относительно самолёта, а $v_{самолета}$ — скорость самого самолёта.
Существуют несколько основных типов воздушно-реактивных двигателей:
Турбореактивный двигатель (ТРД): Исторически первый тип реактивного двигателя. В нём воздух сжимается компрессором, приводимым в движение турбиной, которую, в свою очередь, вращают выхлопные газы. Вся масса воздуха проходит через камеру сгорания.
Турбовентиляторный двигатель (ТРДД): Наиболее распространённый тип в современной гражданской авиации. Это ТРД, у которого в передней части установлен вентилятор большого диаметра. Значительная часть воздуха (до 80-90%) проходит мимо камеры сгорания (по внешнему контуру), создавая основную долю тяги. Это делает двигатель более экономичным и менее шумным.
Турбовинтовой двигатель (ТВД): В этом двигателе газовая турбина вращает не только компрессор, но и воздушный винт (пропеллер). Основная тяга создаётся именно винтом, а не реактивной струёй. Такие двигатели очень эффективны на малых и средних скоростях и высотах.
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД): Двигатель без движущихся частей (компрессора и турбины). Сжатие воздуха происходит за счёт его торможения в воздухозаборнике на большой скорости полёта (т.н. скоростной напор). ПВРД не может работать на месте и требует разгона до высоких (сверхзвуковых) скоростей. Его разновидность, гиперзвуковой ПВРД (ГПВРД), предназначен для полётов на гиперзвуковых скоростях.
Применение реактивных двигателей произвело революцию в авиации, позволив достичь скоростей и высот, недоступных для самолётов с поршневыми двигателями.

Ответ: В авиации реактивное движение реализуется с помощью реактивных двигателей, которые создают силу тяги, выбрасывая назад струю раскалённых газов. Основные типы двигателей — турбореактивный, турбовентиляторный и турбовинтовой. Использование реактивной тяги позволило самолётам летать значительно быстрее и выше, чем раньше.