понеділок, 17 квітня 2023 р.

Реактивний рух

Нерелятивістська ракета




У реактивних двигунах сила тяги створюється продуктами згоряння палива, які викидаються у напрямку, протилежному до напрямку сили. Вона виникає за третім законом Ньютона як сила реакції і тому називається реактивною, а двигун – реактивним.
Нехай ракета, яка має в момент часу t масу М(t) і рухається із швидкістю  v, викидає масу ∆m із швидкістю u (v,u – швидкості відносно ІСВ, в якій розглядаємо рух, але не відносно ракети).

ЗЗІ:      (M + ∆m) (v + ∆v) + u∆m = Mv

де:   
Mv – повний імпульс системи в момент часу t;
       
(M + ∆m) (v + ∆v) + u∆m – імпульс системи в момент часу (t + ∆t) .

З останнього співвідношення отримуємо:
M∆v +v∆m - u∆m = 0.

Причому доданком ∆v∆m знехтувано як нескінченно малим членом другого порядку малості.
M∆v =( u – v)∆m            ·1/∆t
Отримаємо:

M∆v/∆t =( u – v)∆m/∆t = -uo ∆m/∆t  
Останнє рівняння описує рух ракет з нерелятивістськими швидкостями при відсутності зовнішніх сил.

Якщо на ракету діє сила F, то рівняння руху набуде вигляду:      

M∆v/∆t = F -µuo

Величину 
 Fр =  -uo ∆m/∆t  = -µuo

називають реактивною силою. Якщо uo  протилежне до  v, то ракета прискорюється, а якщо uo та v співнапрямлені, то гальмується.



Формула Ціолковського

Розглянемо прискорення ракети при прямолінійному русі, вважаючи, що швидкість викидання газів відносно ракети стала.

M∆v/∆t = -uo ∆m/∆t 

Знак «-« зумовлений тим, що швидкість uo  під час прискорення протилежна до швидкості  v. Нехай   vо, Мо – швидкість і маса ракети перед початком прискорення. Тоді розділивши змінні та про інтегрувавши останнє рівняння отримаємо:

Останню формулу називають формулою Ціолковського, котра показує зміну швидкості ракети, коли її маса змінюється від Мо до М, і дає відповідь на питання про масу ракети при зміні її швидкості від vo  до v. При початку руху (прискорення)  vo = 0 і:

Мо/М = еxp(uo/v).

Із формули бачимо, що для досягнення максимальної швидкості при мінімальній витраті палива ( при мінімальній різниці Мо і М ) слід збільшувати швидкість uo витікання газів.

Реактивна сила
Реактивний двигун


Реактивний рух в світі рослин