Номер 3, страница 103 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Каково назначение ракет? Расскажите об устройстве и принципе действия ракеты.

3. Каково назначение ракет? Расскажите об устройстве и принципе действия ракеты.

Назначение ракет. Ракеты — это летательные аппараты, движущиеся в пространстве за счет реакции отбрасываемой части собственной массы. Их основное назначение весьма разнообразно и включает: космические исследования (вывод на орбиту спутников, пилотируемых кораблей и межпланетных станций), военное дело (доставка боевых зарядов с помощью баллистических и крылатых ракет), научные исследования атмосферы (метеорологические и геофизические ракеты), а также вспомогательные цели, такие как подача сигналов бедствия.

Устройство ракеты. Типичная ракета-носитель состоит из нескольких ключевых частей. Головная часть содержит полезную нагрузку (например, космический аппарат) и систему управления, защищенные обтекателем. Далее следует топливный отсек, включающий баки с горючим (например, керосин) и окислителем (например, жидкий кислород), который необходим для горения в безвоздушном пространстве. Сердцем ракеты является двигательная установка, состоящая из ракетного двигателя (или группы двигателей), который создает тягу. Все эти компоненты объединены в единую конструкцию с помощью корпуса. Полет контролируется системой управления, которая корректирует траекторию. Для достижения высоких скоростей часто используются многоступенчатые ракеты, которые в полете сбрасывают отработавшие ступени, уменьшая свою массу.

Принцип действия ракеты. Движение ракеты основано на принципе реактивного движения, который является прямым следствием третьего закона Ньютона. В камере сгорания двигателя топливо и окислитель, смешиваясь, воспламеняются и образуют раскаленные газы под высоким давлением. Эти газы с огромной скоростью выбрасываются через сопло. Сила, с которой ракета отбрасывает газы, создает равную по величине и противоположную по направлению силу (реактивную тягу), которая и толкает ракету вперед. Этот процесс не требует внешней опоры, поэтому ракета наиболее эффективна в вакууме. Этот же принцип описывается законом сохранения импульса: при отбрасывании газов с определенным импульсом назад, ракета приобретает равный по величине импульс вперед.

Ответ: Назначение ракет — от освоения космоса и научных исследований до военного применения. Конструктивно ракета состоит из головной части с полезной нагрузкой, топливных баков, двигательной установки и системы управления. Принцип ее действия заключается в создании реактивной тяги за счет выброса продуктов сгорания топлива, что соответствует третьему закону Ньютона и закону сохранения импульса.

4. От чего зависит скорость ракеты?

Скорость, которую может развить ракета, в идеальном случае (без учета сопротивления воздуха и силы тяжести) определяется формулой Циолковского. Эта формула связывает конечную скорость ракеты со скоростью истечения газов из сопла и изменением массы ракеты в процессе полета.

Формула имеет вид: $ \Delta v = u \cdot \ln\left(\frac{M_0}{M_k}\right) $.

В этой формуле: $ \Delta v $ — это приращение скорости ракеты (ее конечная скорость, если начальная была равна нулю); $ u $ — эффективная скорость истечения газов из сопла; $ \ln $ — натуральный логарифм; $ M_0 $ — начальная масса ракеты (с топливом); $ M_k $ — конечная масса ракеты (без топлива).

Таким образом, скорость ракеты зависит от двух ключевых факторов. Во-первых, от скорости истечения газов ($u$). Чем выше эта скорость, тем эффективнее работает двигатель и тем большую скорость разовьет ракета. Этот параметр зависит от вида топлива и конструкции двигателя. Во-вторых, скорость зависит от отношения начальной массы к конечной ($\frac{M_0}{M_k}$), так называемого числа Циолковского. Чем больше это отношение (то есть чем большую часть стартовой массы составляет топливо), тем выше будет итоговая скорость. Для увеличения этого показателя и применяются многоступенчатые ракеты, сбрасывающие пустые баки в полете.

В реальных условиях на скорость также влияют внешние силы, такие как гравитация и сопротивление атмосферы, которые уменьшают итоговое значение скорости.

Ответ: Скорость ракеты зависит в первую очередь от скорости истечения газов из двигателя и от отношения начальной массы ракеты к ее конечной массе (после сгорания топлива), что описывается формулой Циолковского. Также на итоговую скорость влияют внешние силы: гравитация и сопротивление атмосферы.