Beholder44: Все сообщения за 2 Августа 2009 года

Beholder44

аксакал

★★★

Пётр Маковецкий. Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов
(1976 - заметьте! - год)
Взлетает или садится космический корабль, показанный на рис. 11?

Рис. 11.
Большинство считает эту задачу шуткой (заметьте!). Дескать, автор надеется, что читатели скажут: «Поскольку реактивная струя направлена вниз, то сам корабль движется вверх и, следовательно, взлетает». Но мы знаем, что при посадке корабль также должен направить струю вниз, чтобы с помощью ее реакции (противодействия) погасить свою скорость сближения с Землей. Правда, часто посадка осуществляется с участием парашютов, без реактивной струи. Если бы на рисунке был парашют, то не было бы никаких сомнений, что это посадка. А сейчас рисунок не дает ответа на поставленный вопрос.
Конечно же, автор не строил задачу в расчете на такой явный промах со стороны читателя. Действительно, ориентация корабля соплом к Земле, клубы пыли, поднятые реактивной струей, – все это одинаково характерно и для начальной стадии взлета, и для конечной стадии приземления. Тем не менее подчеркиваем, что на рисунке имеется достаточно данных для ответа на вопрос.
Для того чтобы вывести спутник массой в одну тонну на орбиту, в настоящее время требуются десятки тонн топлива. В космическом корабле, который, в отличие от спутника, кроме выхода на орбиту должен совершить еще свое космическое путешествие и затем благополучно приземлиться, соотношение между необходимым топливом и полезной массой еще во много раз больше. Следовательно, в стартующем космическом корабле высота полезных отсеков (кабина с космонавтами, научная аппаратура) составляет ничтожно малую часть от общей высоты корабля.
Теперь взгляните на рисунок. Судя по размерам иллюминаторов, по крайней мере половину корабля занимает кабина. Следовательно, большинство ступеней ракеты уже отброшено. Двигатель корабля теперь состоит не более чем из одной ступени. Это последняя ступень. Ситуация, в которой работает последняя ступень, никак не может быть стартом. Это приземление.
Многие читатели первого издания книги считали этот ответ не единственно возможным. Они полагали, что изображенная на рис. 11 ситуация могла бы быть не финишем на Земле, а промежуточным стартом с Луны. В самом деле, чтобы покинуть Луну, нужно развить скорость около 2,5 км/с, а это по силам для одной (последней!) ступени ракеты. Для приземления же тормозной двигатель не обязателен: его задачу может выполнить тормозящее действие атмосферы. Нужно только хорошенько прицелиться с Луны, чтобы вход в атмосферу был под правильным, весьма малым, углом и, кроме того, чтобы корабль был снабжен выпускаемыми крыльями, которые позволят планировать и этим растянуть торможение на продолжительное время, сделав его безопасным.
И хотя все эти рассуждения верны, тем не менее то, что изображено на рис. 11, не может быть стартом с Луны. И вот почему.
Клубы пыли (дыма, пара) возможны только в атмосфере. На Земле пылинка, подброшенная реактивной струей, почти мгновенно теряет первоначальную скорость относительно воздуха, как бы велика она ни была. Дальнейшее движение ее возможно только вместе с воздухом, турбулентность которого и приводит к образованию клубов пыли.
На Луне нет атмосферы. Поэтому там не может быть клубов пыли. Сама пыль может быть, а клубы – нет. В отсутствие атмосферы каждая пылинка будет, не тормозясь воздухом, описывать параболу (уточнения – в задаче «Совершали ли вы космический полет?»). Самые быстрые пылинки и песчинки (если их скорость более 2,4 км/с) могут покинуть Луну, перейдя в ранг метеорных тел.
Кстати сказать, отсюда следует, что зевака, глазеющий с расстояния в несколько километров на старт с Луны (или прилунение), рискует получить пару пробоин в скафандре (от песчинок с массой один миллиграмм и более).
Увидеть отдельную пылинку нельзя из-за ее быстрого движения. Вместо клубов пыли мы увидим что-то вроде веера лучей, состоящих из прямолинейно летящих пылинок и камешков. Этот веер мгновенно исчезает в момент выключения двигателей, так как составляющие его пылинки разлетаются.
Итак, событие происходит на планете, обладающей атмосферой и, следовательно, большой гравитацией. Это не старт с Луны. Может быть, старт с Венеры? Но для старта с Венеры ракета должна быть многоступенчатой. Поэтому единственно возможным ответом является все-таки приземление.

 

 

•  2
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Beholder44

аксакал

★★★

Учитель: Следующая демонстрация — полет ракеты. (Демонстрация полета ракеты с
помощью анимации PowerPoint).
Учитель: За счет чего ракета отрывается от Земли?
Учащиеся: Струя газов с большой скоростью летит вниз, толкая ракету вверх.
Учитель: Что же общего вы увидели в этих трех явлениях?
Учащиеся: Тело двигалось за счет того, что от него отделялась какая-то его часть.
Учитель: Какова особенность потери телом своей части?
Педагогический опыт
Учащиеся: Часть отделялась от тела с большой скоростью. При этом тело двигалось в
противоположную сторону.
Учитель: Какой физический закон проявляется во всех случаях?
Учащиеся: ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА.
Учитель: Как называется такой вид движения?
Учащиеся: Реактивное движение. (Ответ даётся на интуитивном уровне.)
Учитель: Теперь можно записать определение реактивного движения в тетрадь:
«Реактивное движение — это движение, происходящее за счёт отделения от тела с какой-то
скоростью некоторой его части».
Учитель: А вот еще несколько примеров. Что вы можете сказать о них? (Ученик надувает
воздушный шарик.)
Учитель: Если надуть шарик и отпустить его, то, как все вы знаете, он полетит по классу
по немыслимой траектории, а полетит ли он в космосе?
Учащиеся: Наверное, полетит: ведь из него будет выходить воздух еще быстрее.
Учитель: Верно. Давайте посмотрим, как можно изменить направление движения тела
при реактивном движении (сегнерово колесо (демонстрационный эксперимент); мальчик
прыгает с тележки (ученик встаёт на легкоподвижную тележку, спрыгивает с неё; тележка
движется в противоположную сторону); дед Мазай бросает из лодки на берег спасённых зайцев
— лодка отходит от берега (анимация PowerPoint)).
Учитель: А знаете ли вы, что реактивное движение встречается даже в природе
(демонстрация PowerPoint)? Тело кальмара удлиненное, заостренное в задней части,
торпедообразное. Такая форма позволяет ему развивать скорость до 50 км в час при движении в
воде и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту 7 метров). Они
перемещаются в толще воды за счет движения плавников, а также при помощи реактивной
струи: вода впускается в полость тела, а затем выталкивается через суженную воронку, которая
может поворачиваться в самых различных направлениях.
Учащиеся: Изменить направление движения тела можно изменением направления
отделяемой от него части.
Учитель: Что изображено на экране: взлет или посадка (рис. 1)?
Учащиеся: Взлет!
Учитель. Давайте исследуем эту картинку повнимательнее.
Рассмотрим ракету на старте (рис. 2а). Обозначим p р1 – импульс ракеты до старта, а
p р 2 – импульс ракеты после старта; p г1 импульс газов до старта; p г 2 – импульс газов после
старта; P – импульс системы ракета-газы. Можно ли к системе ракета-газы применить закон
сохранения импульса?
Учащиеся: Да (должны обосновать свой ответ).
Учитель. До старта импульс ракеты, импульс газов и, значит, суммарный импульс равны
Педагогический опыт
а)
б)
Рис. 2. Взлёт ракеты: а) ракета на старте; б) направления импульсов ракеты и газов при взлёте
Учитель: После начала работы двигателей газы приобретают импульс p г 2 (рис. 2б). Для
того, чтобы суммарный импульс сохранил своё нулевое значение, ракете приходится
приобрести импульс p р 2 :
r r
P = p р 2 + p г 2 = 0;
Таким образом, ракета приобретает импульс, противоположный импульсу газов, и
взлетает:
r
p р2 = − p г2 .
Учитель. Теперь рассмотрим ракету, которая падает на неизвестную планету дюзами
вниз (рис. 3а). Поскольку ракета движется, то она имеет импульс p р1 ≠ 0 , а поскольку
двигатели выключены, то импульс газов p г1 = 0 . Таким образом, суммарный импульс системы
ракета-газы P = p р1 + p г1 = p р1 .
а)
б)
Рис. 3. Посадка ракеты: а) положение ракеты перед посадкой; б) направление импульсов ракеты и газов
при посадке
Педагогический опыт
Учитель. После включения двигателей газы приобретают импульс p р 2 , сонаправленный с
импульсом ракеты (рис. 3б).
Полный импульс системы ракета-газы должен сохраняться. Запиш
импульса после включения двигателей:
r r
P = p р 2 + p г 2 = p р1 ;
Таким образом, импульс ракеты после включения двигателей:
r
p р 2 = p р1 − p г 2 ;
Для вычисления величины векторов нам нужно выбрать координатные оси. Как лучше их
направить?
Учащиеся. Ось Y — вертикально вниз.
Учитель. Запишите закон сохранения импульса в проекции на ось Y. Что происходит с
величиной импульса ракеты?
Учащиеся: p р 2 = p р1 − p г 2 , то есть импульс ракеты уменьшается.
Учитель: Таким образом происходит торможение. Так выглядит посадка космического
аппарата на планету без атмосферы: реактивная струя не разгоняет ракету, а тормозит. Поэтому
при взлете и посадке нос ракеты смотрит вверх. Например, именно так садился на Луну
спускаемый аппарат, который доставил туда знаменитый «Луноход», так садились туда
американские астронавты.
Учитель: Так, что же изображено на экране (см. рис. 1)?
Учащиеся: Может, взлет, а может, и посадка.
Учитель: На экране изображена посадка. Ракета, которая взлетает, состоит из нескольких
ступеней, наполненных жидким кислородом и топливом. Реактивное движение и
многоступенчатые ракеты предложил использовать для освоения космоса великий русский
учёный и изобретатель, учитель физики из Калуги К.Э. Циолковский, которого по праву считают
основоположником ракетной техники.
После этого учащиеся знакомятся с биографией К.Э. Циолковского (это может быть доклад
учащегося) и строением космической ракеты (по учебнику).
Закончить урок можно рассказом о достижениях космонавтики.

 

Наша работа посвящена разработке урока физики в школе по теме «Реактивное
движение» с использованием мультимедийных технологий и приёмов проблемного обучения.
..подготовка урока, использующего проблемное обучение, до настоящего
времени остаётся сложной методической задачей. А именно проблемное обучение позволяет
формировать качества, остро востребованные современным обществом: способность и
потребность самостоятельно учиться, умение критически мыслить и применять знания для
решения практических задач.

 

r1.JPG (скачать) [210x204, 4,9 кБ]

 

r2.JPG (скачать) [505x217, 9 кБ]

 

 

•  3
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Beholder44

аксакал

★★★

 

•  27
•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Beholder44

аксакал

★★★

Вот видите товарищ, а американская профессура готова к бою!"

 

 

•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Beholder44

аксакал

★★★

Поэтому такой ракеты (например для партизанского применения) никто и не сделал в 20 веке?
Ну поскольку форум то у нас Лунный., может быть Вы моглибы сообщить в какой форме американцы "мудохались" , чтобы не умея запускать Аппараты соизмеримые по весу с ЛМ, но сразу способные летать горизонтально и из полёта переходить к посадке?

 

 

•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение

Beholder44

аксакал

★★★

 

•  инфо
•  инструменты
• Ответить на сообщение