Номер 4, страница 63 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

4. Реактивное движение на водном и сухопутном транспорте.

4. Реактивное движение на водном и сухопутном транспорте.

Реактивное движение — это движение, возникающее при отделении от тела некоторой его части с определённой скоростью. В основе этого принципа лежит третий закон Ньютона: сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Также этот процесс описывается законом сохранения импульса. Сила, толкающая аппарат вперёд (реактивная тяга), создаётся за счёт выбрасывания рабочего тела (газов, воды) в противоположном направлении. Величину реактивной тяги $\text{F}$ можно рассчитать по формуле:

$F = \dot{m} \cdot u_{rel}$

где $\dot{m}$ — это массовый расход рабочего тела (масса, выбрасываемая в единицу времени), а $u_{rel}$ — скорость истечения рабочего тела относительно транспортного средства.

Реактивное движение на водном транспорте

На водном транспорте реактивное движение реализуется с помощью водомётного движителя (водомёта). В отличие от авиационных двигателей, которые используют воздух и продукты сгорания топлива, водомёт использует в качестве рабочего тела забортную воду.

Принцип работы водомёта следующий:

1. Вода забирается через специальное отверстие (водозаборник) в днище судна.
2. Внутри корпуса водомёта вода разгоняется с помощью насоса, чаще всего осевого или центробежного типа, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания или газовой турбиной. Рабочий орган насоса называется импеллером.
3. Ускоренный поток воды выбрасывается с большой скоростью через сопло на корме судна.

Создаваемая реактивная струя толкает судно вперёд. Управление судном осуществляется за счёт изменения направления этой струи с помощью поворотного механизма сопла. Для движения задним ходом струю воды направляют под корпус судна с помощью специального дефлектора (реверсивной заслонки).

Преимущества водомётов:

• Безопасность: Отсутствие вращающихся винтов снаружи корпуса снижает риск травмирования людей в воде и повреждения движителя.
• Проходимость: Суда с водомётами могут ходить по мелководью, так как у них нет выступающих частей под днищем.
• Маневренность: Возможность быстро изменять вектор тяги обеспечивает превосходную управляемость на всех скоростях, включая возможность торможения и разворота на месте.

Примеры применения: гидроциклы, скоростные катера, паромы, речные суда (например, типа «Заря»), патрульные и десантные корабли.

Реактивное движение на сухопутном транспорте

Применение реактивного движения на сухопутном транспорте носит в основном экспериментальный и рекордный характер. В повседневном использовании такие двигатели не применяются из-за ряда существенных недостатков.

Автомобили:

Существуют специальные автомобили (драгстеры), построенные для установления рекордов скорости на суше. Они по сути являются не автомобилями в классическом понимании, а скорее "самолётами без крыльев". Вместо привода на колёса они используют тягу одного или нескольких турбореактивных двигателей, аналогичных авиационным. Ярчайшим примером является ThrustSSC (Thrust SuperSonic Car), который в 1997 году первым в мире официально преодолел звуковой барьер на земле, достигнув скорости 1228 км/ч.

Поезда:

В 1960–1970-х годах в СССР и США проводились эксперименты по созданию поездов с реактивной тягой. В СССР это был вагон ЭР22 с двумя турбореактивными двигателями от самолёта Як-40, который достиг скорости 249 км/ч. В США был создан прототип M-497 "Black Beetle", который развил скорость 296 км/ч. Эти проекты преследовали цель изучения поведения железнодорожного состава на высоких скоростях и не пошли в серийное производство.

Причины нецелесообразности использования реактивных двигателей на массовом сухопутном транспорте:

• Низкая эффективность: Реактивные двигатели крайне неэффективны на низких скоростях, что приводит к колоссальному расходу топлива в городских условиях или при частых остановках.
• Опасность: Раскалённая газовая струя, вырывающаяся из сопла с огромной скоростью, представляет смертельную опасность для людей, животных и других транспортных средств, находящихся позади.
• Шум: Уровень шума от работающего реактивного двигателя недопустимо высок для населённых пунктов.
• Сложность и стоимость: Реактивные двигатели дороги в производстве и обслуживании.

Таким образом, на суше реактивное движение остаётся узкоспециализированной технологией для рекордов и экспериментов.

Ответ: Реактивное движение активно и успешно применяется на водном транспорте в виде водомётных движителей, которые обеспечивают высокую скорость, маневренность и безопасность. На сухопутном транспорте реактивная тяга используется почти исключительно в экспериментальных и рекордных образцах (например, в автомобилях для установления рекордов скорости) и не нашла практического применения в массовом транспорте из-за низкой эффективности на малых скоростях, огромного расхода топлива, высокого уровня шума и опасности, создаваемой реактивной струей.