Номер 3, страница 129 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

3. Каков принцип действия ракетного двигателя?

3. Каков принцип действия ракетного двигателя?

Принцип действия ракетного двигателя основан на фундаментальном физическом законе — третьем законе Ньютона, который гласит, что каждому действию есть равное и противоположное противодействие. Также его работа описывается законом сохранения импульса.

Рассмотрим процесс подробнее:

1. Создание рабочего тела. В отличие от многих других двигателей (например, реактивных двигателей самолётов), ракетный двигатель не использует окружающую среду (воздух) для работы. Он несёт на борту все необходимые компоненты: топливо (горючее) и окислитель. Эти компоненты вместе называются ракетным топливом.

2. Горение и образование газов. В специальной камере, называемой камерой сгорания, топливо и окислитель смешиваются и поджигаются. В результате химической реакции горения образуется огромное количество раскалённых газов под очень высоким давлением.

3. Ускорение и выброс газов. Эти раскалённые газы устремляются из камеры сгорания через специальное сужающееся и затем расширяющееся сопло (сопло Лаваля). В сопле газы ускоряются до сверхзвуковых скоростей.

4. Создание тяги. Согласно третьему закону Ньютона, когда двигатель с большой силой и скоростью выбрасывает массу газов в одном направлении (действие), на сам двигатель и, соответственно, на ракету, действует равная по величине, но противоположно направленная сила (противодействие). Эта сила называется реактивной тягой. Именно она толкает ракету вперёд.

С точки зрения закона сохранения импульса, система "ракета + газы" является замкнутой (если пренебречь внешними силами). Изначально, до включения двигателя, суммарный импульс системы равен нулю. Когда часть массы ракеты (газы) отбрасывается назад с импульсом $p_{газов}$, ракета приобретает точно такой же по модулю, но противоположный по направлению импульс $p_{ракеты}$, чтобы суммарный импульс системы остался равным нулю: $p_{ракеты} + p_{газов} = 0$, или $M \cdot \vec{V} = -m \cdot \vec{u}$, где $M$ и $\vec{V}$ — масса и скорость ракеты, а $m$ и $\vec{u}$ — масса и скорость истекающих газов.

Ключевая особенность ракетного двигателя — его способность работать в безвоздушном пространстве (вакууме), поскольку он не нуждается во внешней среде ни для окисления топлива, ни для создания опоры. Сила тяги создается исключительно за счет отбрасывания части собственной массы.

Ответ: Принцип действия ракетного двигателя основан на законе сохранения импульса и третьем законе Ньютона: двигатель с огромной скоростью выбрасывает продукты сгорания топлива (газы) в одну сторону, что создает реактивную силу (тягу), толкающую ракету в противоположную сторону. Этот процесс не требует наличия внешней среды, поэтому ракеты могут летать в вакууме.