Номер 2, страница 116 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 7. Закон сохранения импульса. Параграф 27. Реактивное движение - номер 2, страница 116.

Условие.

2. Какой закон объясняет реактивное движение?

Решение.

1. Какое движение называют реактивным?

Реактивным движением называют движение тела, возникающее в результате отделения от него некоторой его части с определённой скоростью. При этом на тело действует сила, называемая реактивной тягой, которая и вызывает его ускорение.

Это движение основано на взаимодействии внутри самой системы "тело - отделяемая часть". Например, когда ракета выбрасывает струю горячих газов (продуктов сгорания топлива), газы действуют на ракету с силой, направленной в противоположную сторону, и толкают её вперёд.

Ключевой особенностью реактивного движения является то, что для него не требуется наличие внешней опоры или среды для отталкивания. Сила, движущая тело, возникает за счёт внутренних сил системы. Именно поэтому ракеты могут летать в безвоздушном пространстве (вакууме). Примерами реактивного движения в природе служат передвижение кальмаров, медуз, а также распространение семян некоторых растений.

Ответ: Реактивное движение — это движение тела, которое происходит за счёт отбрасывания части его массы, что приводит к возникновению движущей силы (реактивной тяги).

2. Какой закон объясняет реактивное движение?

Реактивное движение объясняется законом сохранения импульса. Этот закон является фундаментальным в физике и утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел замкнутой системы есть величина постоянная.

Рассмотрим систему, состоящую из ракеты и топлива в ней. Внешние силы (например, сопротивление воздуха или гравитация) можно считать пренебрежимо малыми или скомпенсированными. В таком случае систему можно считать замкнутой.

До старта ракета покоится, и её суммарный импульс равен нулю: $\vec{p}_{до} = 0$.

В процессе работы двигателя от ракеты отделяется часть её массы — сгоревшие газы — со скоростью $\vec{u}$ относительно Земли. Масса газов пусть будет $m_{г}$. Их импульс равен $\vec{p}_{г} = m_{г}\vec{u}$.

Согласно закону сохранения импульса, суммарный импульс системы "ракета + газы" должен остаться равным нулю. Обозначим массу ракеты после истечения газов как $M_{р}$, а её скорость как $\vec{v}_{р}$. Импульс ракеты будет $\vec{p}_{р} = M_{р}\vec{v}_{р}$.

Закон сохранения импульса для этого случая записывается так: $ \vec{p}_{до} = \vec{p}_{после} $ $ 0 = \vec{p}_{р} + \vec{p}_{г} $ $ 0 = M_{р}\vec{v}_{р} + m_{г}\vec{u} $

Отсюда следует, что импульс ракеты равен по модулю и противоположен по направлению импульсу выброшенных газов: $ M_{р}\vec{v}_{р} = -m_{г}\vec{u} $

Это уравнение показывает, что ракета приобретает скорость, направленную в сторону, противоположную истечению газов. Закон сохранения импульса является следствием третьего закона Ньютона: сила, с которой ракета действует на газы, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой газы действуют на ракету.

Ответ: Реактивное движение объясняется законом сохранения импульса.