Экспериментальное задание, страница 129 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Сконструируйте реактивный двигатель, действующий на воздушной или водяной струе. Испытайте его, закрепив на игрушечной машине.

Принцип действия

В основе работы любого реактивного двигателя лежит третий закон Ньютона. Он гласит, что сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия. Математически это выражается формулой $ F_1 = -F_2 $. Когда из сопла двигателя с большой скоростью выбрасывается рабочее тело (газ или жидкость), возникает реактивная сила, которая толкает двигатель (и прикрепленный к нему объект) в противоположном направлении.

Вариант 1: Двигатель на воздушной струе (с воздушным шариком)

Это самый простой и безопасный способ продемонстрировать реактивное движение.

Необходимые материалы: игрушечная машинка (легкая, с хорошо вращающимися колесами), воздушный шарик, трубочка для напитков (прямая), скотч или изолента, ножницы.

Инструкция по сборке: 1. Отрежьте небольшой кусок трубочки (около 5-7 см). 2. Проденьте трубочку в горлышко воздушного шарика так, чтобы один конец трубочки оказался внутри шарика, а другой снаружи. 3. Плотно обмотайте скотчем место соединения горлышка шарика и трубочки, чтобы не было утечки воздуха. Трубочка будет служить соплом нашего двигателя. 4. Прикрепите получившуюся конструкцию (шарик с трубочкой) к корпусу игрушечной машинки с помощью скотча. Шарик должен располагаться вдоль машинки, а сопло-трубочка должно быть направлено назад. Убедитесь, что конструкция закреплена надежно.

Вариант 2: Двигатель на водяной струе (с пластиковой бутылкой)

Этот вариант немного сложнее, но нагляднее демонстрирует выброс массы.

Необходимые материалы: игрушечная машинка (побольше и покрепче, чем в первом варианте, способная выдержать вес бутылки с водой), небольшая пластиковая бутылка (0.33 или 0.5 л), трубочка для напитков (желательно с изгибом) или гибкий шланг небольшого диаметра, водонепроницаемый клей или герметик (например, термоклей), шило или дрель, скотч или веревка, вода.

Инструкция по сборке: 1. С помощью шила или дрели проделайте отверстие в крышке бутылки. Диаметр отверстия должен быть равен внешнему диаметру вашей трубочки. 2. Вставьте трубочку в отверстие в крышке. Если трубочка с изгибом, вставьте ее коротким концом. 3. Тщательно загерметизируйте место соединения трубочки и крышки с обеих сторон с помощью водонепроницаемого клея или герметика, чтобы предотвратить протекание. Дайте клею полностью высохнуть. 4. Прикрепите бутылку горизонтально к корпусу машинки с помощью скотча или веревок. Крышка с соплом-трубочкой должна быть сзади.

Испытание

Для воздушного двигателя: 1. Поставьте машинку на ровную гладкую поверхность (пол, стол). 2. Надуйте шарик через трубочку. 3. Зажмите пальцем конец трубочки, чтобы воздух не выходил. 4. Отпустите трубочку. Машинка поедет вперед под действием реактивной силы, создаваемой выходящим из шарика воздухом.

Для водяного двигателя: 1. Налейте в бутылку воду (примерно на половину или две трети). 2. Плотно закрутите крышку с соплом-трубочкой. 3. Поставьте машинку на поверхность, которую не жалко намочить. 4. Наклоните машинку так, чтобы вода начала вытекать через трубочку. Для создания большего давления можно немного сжать бутылку. Вытекающая струя воды создаст реактивную тягу, и машинка начнет движение.

В обоих случаях движение машинки демонстрирует принцип реактивного движения. Сила, с которой воздух или вода выталкиваются из сопла назад, создает равную по величине и противоположную по направлению силу, которая толкает машинку вперед.

Ответ: Для конструирования реактивного двигателя на воздушной или водяной струе можно использовать подручные материалы. Самый простой вариант — двигатель на воздушной струе, состоящий из воздушного шарика (резервуар со сжатым воздухом) и трубочки для напитков (сопло), закрепленных на игрушечной машинке. При выходе воздуха из шарика через сопло возникает реактивная сила, которая толкает машинку вперед в соответствии с третьим законом Ньютона ($ F_{тяги} = -F_{истечения} $). Аналогично можно сконструировать двигатель на водяной струе, используя пластиковую бутылку в качестве резервуара с водой и трубочку в качестве сопла. При вытекании воды из сопла создается реактивная тяга, приводящая машинку в движение. Испытания обеих моделей на ровной поверхности подтверждают работоспособность конструкции и демонстрируют основной принцип реактивного движения.