Reaktiivjõu kasutamine looduses Paljud meist on oma elus meres ujudes meduusid kohanud. Kuid vähesed inimesed arvasid, et meduusid kasutavad liikumiseks ka reaktiivjõudu. Ja sageli on mereselgrootute efektiivsus reaktiivjõu kasutamisel palju suurem kui tehnoloogilistel leiutistel.

Seepia Seepia, nagu enamik peajalgseid, liigub vees järgmiselt. Ta võtab vett lõpuseõõnde läbi külgpilu ja spetsiaalse lehtri keha ees ning viskab seejärel energiliselt läbi lehtri veejoa välja. Seepia suunab lehtri toru küljele või taha ning sealt kiiresti vett välja pigistades saab sisse liikuda erinevad küljed.

Kalmaar Kalmaar on ookeani sügavuste suurim selgrootu elanik. See liigub reaktiivjõu põhimõttel, neelates vett ja surudes selle seejärel tohutu jõuga läbi spetsiaalse augu - "lehtri" ja suurel kiirusel (umbes 70 km/h) surub ta tahapoole. Samal ajal kogunevad kalmaari kõik kümme kombitsat pea kohale sõlme ja ta omandab voolujooneline kuju.

Lendav kalmaar See on heeringa suurune väike loom. Ta jälitab kalu sellise kiirusega, et hüppab sageli veest välja, libisedes noolena üle selle pinna. Olles välja töötanud vees maksimaalse reaktiivtõukejõu, tõuseb pilootkalmaar õhku ja lendab üle lainete rohkem kui viiekümne meetri kaugusele. Elava raketi lennu apogee asub nii kõrgel vee kohal, et lendavad kalmaarid satuvad sageli ookeanilaevade tekkidele. Neli kuni viis meetrit ei ole rekordkõrgus, milleni kalmaar taevasse tõuseb. Mõnikord lendavad nad veelgi kõrgemale.

Kaheksajalg Kaheksajalad oskavad lennata. Prantsuse loodusteadlane Jean Verani nägi, kuidas tavaline kaheksajalg akvaariumis kiirendas ja järsku tagurpidi veest välja hüppas. Kirjeldanud umbes viie meetri pikkust kaare õhus, hüppas ta tagasi akvaariumi. Hüppamiseks kiirust suurendades liikus kaheksajalg mitte ainult tänu joa tõukejõud, aga ka kombitsatega sõudtud.

Pöörane kurk Lõunamaades (ja ka siin Musta mere rannikul) kasvab taim nimega "hullukurk". Küpset kurgilaadset vilja kergelt puudutades põrkab see varre küljest lahti ja läbi tekkinud augu lendab viljast kuni 10 m/s kiirusega välja seemnetega vedelik. Hullunud kurk (muidu kutsutakse "daamide püstoliks") tulistab rohkem kui 12 m.

Reaktiivjõu ja reaktiivtõukejõu mõiste

Reaktiivmootor(looduse näidete seisukohalt)- liikumine, mis tekib siis, kui mõni selle osa on teatud kiirusega kehast eraldatud.

Reaktiivjõu põhimõte põhineb isoleeritud objekti impulsi jäävuse seadusel mehaaniline süsteem tel:

See tähendab, et osakeste süsteemi koguimpulss on konstantne väärtus. Väliste mõjude puudumisel on süsteemi impulss null ja seda saab muuta seestpoolt joa tõukejõu toimel.

Joa tõukejõud (loodusnäidete vaatenurgast)- eraldatud osakeste reaktsioonijõud, mis rakendatakse heitgaasi keskpunktis (raketi puhul - mootori düüsi väljapääsu keskpunkt) ja mis on suunatud eraldatud osakeste kiirusvektorile vastupidiselt.

Töövedeliku mass (rakett)

Töövedeliku üldine kiirendus

Eraldatud osakeste (gaaside) voolukiirus

Kütusekulu iga teine

Näited reaktiivjõust elutus looduses

Jet-liikumist võib leida ka taimemaailmast. Lõunapoolsetes riikides (ja ka siin Musta mere rannikul) kasvab taim, mida nimetatakse hulluks kurgiks.

Perekonna Ecbalium ladinakeelne nimi pärineb kreeka sõnast, mis tähendab "ära viskama", vastavalt vilja struktuurile, mis viskab välja seemned.

Hullu kurgi viljad on sinakasrohelised või rohelised, mahlased, piklikud või pikliku munajad, 4-6 cm pikad, 1,5-2,5 cm laiad, harjased, mõlemast otsast tömbid, mitmeseemnelised (joonis 1). Seemned on piklikud, väikesed, kokkusurutud, siledad, kitsa äärisega, umbes 4 mm pikad. Seemnete valmimisel muutub neid ümbritsev kude limaseks massiks. Samal ajal tekib viljas suur surve, mille tulemusena eraldub vili varrest ning seemned koos limaga paiskuvad jõuliselt läbi tekkinud augu välja. Kurgid ise lendavad ära vastupidises suunas. Hullunud kurk (muidu kutsutakse "daamide püstoliks") tulistab rohkem kui 12 m (joonis 2).

Näiteid reaktiivjõust loomariigis

Mereelukad

Paljud mereloomad kasutavad liikumiseks reaktiivmootorit, sealhulgas meduusid, kammkarbid, kaheksajalad, kalmaar, seepia, salbid ja teatud tüüpi plankton. Nad kõik kasutavad väljapaiskunud veejoa reaktsiooni; erinevus seisneb keha struktuuris ja seega ka vee sissevõtu ja vabastamise meetodis.

Merikarbi mollusk (joonis 3) liigub selle ventiilide järsu kokkusurumise käigus kestast välja paisatud veejoa reaktiivjõu tõttu. Ta kasutab seda tüüpi liikumist ohu korral.

Seepia (joonis 4) ja kaheksajalad (joonis 5) viivad läbi külgpilu ja keha ees oleva spetsiaalse lehtri vee lõpuseõõnde ning viskavad seejärel läbi lehtri jõuliselt välja veejoa. Seepia suunab lehtritoru küljele või taha ning sealt kiiresti vett välja pigistades võib liikuda eri suundades. Kaheksajalad, pannes oma kombitsad üle pea, annavad oma kehale voolujoonelise kuju ja saavad seeläbi oma liikumist juhtida, muutes selle suunda.

Kaheksajalad võivad isegi lennata. Prantsuse loodusteadlane Jean Verani nägi, kuidas tavaline kaheksajalg akvaariumis kiirendas ja järsku tagurpidi veest välja hüppas. Kirjeldanud umbes viie meetri pikkust kaare õhus, hüppas ta tagasi akvaariumi. Hüppamiseks kiirust kogudes ei liikunud kaheksajalg mitte ainult reaktiivtõukejõu tõttu, vaid ka aerutas oma kombitsatega.

Salpa (joon. 6) on läbipaistva kehaga mereloom, kes saab liikumisel eesmise ava kaudu vett ning vesi satub laia õõnsusse, mille sees on lõpused diagonaalselt venitatud. Niipea, kui loom võtab suure lonksu vett, sulgub auk. Seejärel tõmbuvad salpi piki- ja põikilihased kokku, kogu keha tõmbub kokku ja tagumise ava kaudu surutakse vesi välja.

Kalmaar (joon. 7). Lihaskude - vahevöö ümbritseb molluski keha igast küljest, selle õõnsuse maht on peaaegu pool kalmaari keha mahust. Loom imeb vett mantliõõnde ja viskab seejärel järsult läbi kitsa düüsi veejoa välja ja liigub kiirete tõugetega tahapoole. Samal ajal koondatakse kõik kümme kalmaari kombitsat pea kohale sõlme ja see võtab voolujoonelise kuju. Düüs on varustatud spetsiaalse ventiiliga ja lihased saavad seda pöörata, muutes liikumissuunda. Kalmaari mootor on väga ökonoomne ja suudab saavutada kiirust kuni 60 - 70 km/h. Kimpus olevaid kombitsaid paremale, vasakule, üles või alla painutades pöördub kalmaar ühes või teises suunas. Kuna selline rool on looma endaga võrreldes väga suur, siis piisab selle kergest liigutusest, et kalmaar saaks isegi täiskiirusel takistusega kokkupõrkest kergesti kõrvale põikleda. Kuid kui teil on vaja kiiresti ujuda, jääb lehter alati kombitsate vahele ja kalmaar tormab saba esimesena.

Insenerid on juba loonud kalmaari mootoriga sarnase mootori. Seda nimetatakse veekahuriks. Selles imetakse vesi kambrisse. Ja siis visatakse see sealt läbi düüsi välja; laev liigub joa emissiooni suunale vastupidises suunas. Vett imetakse sisse tavalise bensiini- või diiselmootoriga (vt lisa).

Parim piloot molluskite seas on kalmaar Stenoteuthis. Meremehed nimetavad seda "lendavaks kalmaariks". Ta jälitab kalu sellise kiirusega, et hüppab sageli veest välja, libisedes noolena üle selle pinna. Ta kasutab seda trikki, et päästa oma elu kiskjate - tuunikala ja makrelli - eest. Olles välja töötanud vees maksimaalse reaktiivtõukejõu, tõuseb pilootkalmaar õhku ja lendab üle lainete rohkem kui viiekümne meetri kaugusele. Elava raketi lennu apogee asub nii kõrgel vee kohal, et lendavad kalmaarid satuvad sageli ookeanilaevade tekkidele. Neli kuni viis meetrit ei ole rekordkõrgus, milleni kalmaar taevasse tõuseb. Mõnikord lendavad nad veelgi kõrgemale.

Inglise molluskite uurija dr Rees kirjeldas aastal teaduslik artikkel kalmaar (ainult 16 sentimeetrit pikk), mis, olles lennanud läbi õhu märkimisväärse vahemaa, kukkus ligi seitse meetrit veepinnast kõrgemale kerkinud jahi sillale.

Juhtub, et sädelevas kaskaadis kukub laevale palju lendavaid kalmaare. Vanakirjanik Trebius Niger rääkis kord kurva loo laevast, mis väidetavalt selle tekile kukkunud lendavate kalmaaride raskuse all uppus.

Putukad

Kiili vastsed liiguvad sarnaselt. Ja mitte kõik, vaid pikakõhulised, aktiivselt ujuvad seisva vee (perekond Rocker) ja voolava (sugukond Cordulegaster) vastsed, aga ka seisva vee lühikese kõhuga roomavad vastsed. Vastne kasutab juga liikumist peamiselt ohuhetkedel, et kiiresti teise kohta liikuda. Selline liikumisviis ei taga täpset manööverdamist ega sobi saagi jälitamiseks. Kuid rokivastsed ei aja kedagi taga – eelistavad jahti pidada varitsusest.

Kiilivastse tagasool täidab lisaks oma põhifunktsioonile ka liikumisorgani rolli. Vesi täidab tagasoole, visatakse seejärel jõuga välja ja vastne liigub vastavalt juga liikumise põhimõttele 6-8 cm.

reaktiivmootoriga loodustehnoloogia

Rakendus

Impulsi jäävuse seadus on juga liikumise kaalumisel väga oluline.
Under reaktiivmootor mõistma keha liikumist, mis tekib siis, kui mõni selle osa eraldub tema suhtes teatud kiirusega, näiteks kui põlemisproduktid voolavad välja reaktiivlennuki düüsist. Sel juhul nn Reaktiivjõud keha surudes.
Reaktiivjõu eripära on see, et see tekib süsteemi enda osade omavahelise vastasmõju tulemusena, ilma et oleks interaktsiooni väliste kehadega.
Kui näiteks jalakäijale, laevale või lennukile kiirendust avaldav jõud tekib ainult nende kehade koosmõjul maa, vee või õhuga.

Seega võib keha liikumist saada vedeliku- või gaasivoo voolu tulemusena.

Jet liikumine looduses omane peamiselt veekeskkonnas elavatele elusorganismidele.

Tehnoloogias kasutatakse reaktiivjõudu jõetranspordis (veejoamootorid), autotööstuses (võidusõiduautod), sõjanduses, lennunduses ja astronautikas.
Kõik kaasaegsed kiired lennukid on varustatud reaktiivmootoritega, sest... nad suudavad tagada vajaliku lennukiiruse.
Avakosmoses ei saa kasutada muid mootoreid peale reaktiivmootorite, kuna seal puudub tugi, millelt kiirendust saavutada.

Reaktiivtehnoloogia arengu ajalugu

Vene lahinguraketi looja oli suurtükiteadlane K.I. Konstantinov. 80 kg kaaluva Konstantinovi raketi lennuulatus ulatus 4 km-ni.

Idee kasutada lennukis reaktiivmootorit, reaktiivlennundusseadme projekti, esitas 1881. aastal N.I. Kibalchich.

1903. aastal kuulus füüsik K.E. Tsiolkovski tõestas planeetidevahelises ruumis lendamise võimalust ja töötas välja esimese vedelkütuselise mootoriga rakettlennuki disaini.

K.E. Tsiolkovski kavandas kosmoserakettrongi, mis koosneb mitmest rakettist, mis töötavad vaheldumisi ja kukuvad maha, kui kütust kulub.

Reaktiivmootorite tööpõhimõtted

Iga reaktiivmootori aluseks on põlemiskamber, milles kütuse põlemisel tekivad väga kõrge temperatuuriga gaasid, mis avaldavad survet kambri seintele. Gaasid väljuvad suurel kiirusel kitsast raketiotsikust ja tekitavad joa tõukejõu. Vastavalt impulsi jäävuse seadusele omandab rakett kiiruse vastupidises suunas.

Süsteemi hoog (raketi põlemisproduktid) jääb nulliks. Kuna raketi mass väheneb isegi püsiva gaasivoolukiiruse korral, suureneb selle kiirus, saavutades järk-järgult maksimaalse väärtuse.
Raketi liikumine on näide muutuva massiga keha liikumisest. Selle kiiruse arvutamiseks kasutatakse impulsi jäävuse seadust.

Reaktiivmootorid jagunevad rakettmootoriteks ja õhku hingavateks mootoriteks.

Rakettmootorid on püsivalt või sisse lülitatud vedelkütus.
Tahkekütuse rakettmootorites surutakse kütus, mis sisaldab nii kütust kui ka oksüdeerijat, mootori põlemiskambrisse.
IN vedelad reaktiivmootorid Kosmoselaevade startimiseks mõeldud kütust ja oksüdeerijat hoitakse eraldi spetsiaalsetes mahutites ja tarnitakse pumpade abil põlemiskambrisse. Kütusena võivad nad kasutada petrooleumi, bensiini, alkoholi, vedelat vesinikku jne ning põlemiseks vajaliku oksüdeeriva ainena vedelat hapnikku, lämmastikhapet jne.

Kaasaegne kolmeastmeline kosmoseraketid lastakse õhku vertikaalselt ja pärast atmosfääri tihedate kihtide läbimist kantakse need antud suunas lendu. Igal raketiastmel on oma kütusepaak ja oksüdeerija paak, samuti oma reaktiivmootor. Kütuse põlemisel visatakse kasutatud raketi astmed kõrvale.

Reaktiivmootorid kasutatakse praegu peamiselt lennukites. Nende peamine erinevus rakettmootoritest seisneb selles, et kütuse põlemisel oksüdeerijaks on atmosfäärist mootorisse sisenevast õhust saadav hapnik.
Õhku hingavate mootorite hulka kuuluvad nii aksiaal- kui ka tsentrifugaalkompressoriga turbokompressormootorid.
Sellistes mootorites olevat õhku imeb ja surub kokku kompressor, mida käitab gaasiturbiin. Põlemiskambrist väljuvad gaasid tekitavad reaktiivse tõukejõu ja pööravad turbiini rootorit.

Väga suurtel lennukiirustel on võimalik saavutada gaaside kokkusurumine põlemiskambris vastutuleva õhuvoolu tõttu. Kompressorit pole vaja.

Loodusloogika on lastele kõige kättesaadavam ja kasulikum loogika.

Konstantin Dmitrijevitš Ušinski(03.03.1823–03.01.1871) - vene õpetaja, teadusliku pedagoogika rajaja Venemaal.

BIOFÜÜSIKA: JETALIIKUMINE ELUSLOODUSES

Kutsun roheliste lehtede lugejaid uudistama biofüüsika põnev maailm ja peamist tundma õppida reaktiivjõu põhimõtted eluslooduses. Täna programmis: millimallikas nurgasuu- Musta mere suurim millimallikas, kammkarbid, ettevõtlik roker-kiili vastne, hämmastav kalmaar oma konkurentsitu reaktiivmootoriga ja imelised illustratsioonid nõukogude bioloogi esituses ja loomakunstnik Kondakov Nikolai Nikolajevitš.

Looduses liigub hulk loomi reaktiivjõu põhimõttel, näiteks meduusid, kammkarbid, kiilivastsed, kalmaar, kaheksajalg, seepia... Saame mõnega neist lähemalt tuttavaks ;-)

Meduuside liikumise reaktiivmeetod

Meduusid on meie planeedi üks iidsemaid ja arvukamaid kiskjaid! Meduuside keha koosneb 98% ulatuses veest ja koosneb suures osas hüdreeritud sidekoest - mesoglea toimib nagu luustik. Mesoglea aluseks on valk kollageen. Meduuside želatiinne ja läbipaistev keha on kellukese või vihmavarju kujuline (läbimõõt paar millimeetrit kuni 2,5 m). Enamik meduusid liigub reaktiivsel viisil, surudes vihmavarjuõõnsusest vett välja.

Meduus Cornerata(Rhizostomae), sküüfiliste klassi kuuluvate koelenteraalsete loomade selts. Meduusid ( kuni 65 cm läbimõõduga), millel puuduvad marginaalsed kombitsad. Suu servad on piklikud suusagarateks, millel on arvukad voltid, mis kasvavad kokku, moodustades palju sekundaarseid suuavasid. Suuterade puudutamine võib põhjustada valusaid põletusi mis on põhjustatud nõelavate rakkude toimest. Umbes 80 liiki; Nad elavad peamiselt troopilistes, harvem parasvöötme meredes. Venemaal - 2 tüüpi: Rhizostoma pulmo levinud Mustal ja Aasovi merel, Rhopilema asamushi leitud Jaapani merest.

Kammkarpide jet põgenemine

Karbid kammkarbid, tavaliselt lebab rahulikult põhjas, kui neile läheneb nende peamine vaenlane - veetlevalt aeglane, kuid äärmiselt salakaval kiskja - meritäht- nad pigistavad järsult oma kraanikausi uksi, surudes sellest jõuliselt vett välja. Seega kasutades reaktiivjõu põhimõte, nad väljuvad ja kesta avamist ja sulgemist jätkates suudavad ujuda märkimisväärse vahemaa. Kui kammkarbil pole mingil põhjusel aega omaga põgeneda reaktiivlennuk, meritäht mässib selle ümber käed, avab kesta ja sööb selle ära...

Kammkarp(Pecten), kahepoolmeliste molluskite (Bivalvia) klassi mereselgrootute perekond. Kammkarp on ümardatud sirge liigendservaga. Selle pind on kaetud ülaosast lahknevate radiaalsete ribidega. Kooriklapid on suletud ühe tugeva lihasega. Pecten maximus, Flexopecten glaber elavad Mustas meres; Jaapani ja Okhotski meres – Mizuhopecten yessoensis ( kuni 17 cm läbimõõduga).

Rocker dragonfly vastse reaktiivpump

Temperament Kiki-kiili vastsed, või eshny(Aeshna sp.) ei ole vähem röövellik kui tema tiivulised sugulased. Ta elab kaks ja mõnikord neli aastat veealuses kuningriigis, roomates mööda kivist põhja, jälgides väikseid veeelanikke, kaasates oma toidulauale õnnelikult ka üsna suuri kulleseid ja maimu. Ohuhetkedel tõuseb kivikiili vastne õhku ja ujub tõmblustega edasi, ajendatuna tähelepanuväärse inimese tööst. reaktiivpump. Võttes vett tagasoolde ja visates selle siis järsult välja, hüppab vastne tagasilöögi jõul edasi. Seega kasutades reaktiivjõu põhimõte, enesekindlate jõnksude ja jõnksudega kiigli vastne peidab end teda jälitava ohu eest.

Kalmaaride närvilise "kiirtee" reaktiivsed impulsid

Kõigil ülaltoodud juhtudel (meduuside, kammkarpide, kiilide vastsete reaktiivjõu põhimõtted) eraldavad põrutused ja tõmblused üksteisest märkimisväärse aja jooksul, mistõttu ei saavutata suurt liikumiskiirust. Liikumiskiiruse suurendamiseks, teisisõnu reaktiivimpulsside arv ajaühikus, vajalik suurenenud närvijuhtivus mis stimuleerivad lihaste kontraktsioone, elava reaktiivmootori hooldamine. Selline suur juhtivus on võimalik suure närvi läbimõõduga.

On teada, et Kalmaaridel on loomamaailmas suurimad närvikiud. Nende läbimõõt on keskmiselt 1 mm - 50 korda suurem kui enamikul imetajatel - ja nad juhivad ergastust kiirusega 25 m/s. Ja kolmemeetrine kalmaar dosidicus(elab Tšiili ranniku lähedal) närvide paksus on fantastiliselt suur - 18 mm. Närvid on paksud nagu köied! Ajusignaalid – kokkutõmbumise vallandajad – kihutavad mööda kalmaari närvilist “kiirteed” autokiirusel – 90 km/h.

Tänu kalmaaridele edenesid närvide elutähtsate funktsioonide uurimine 20. sajandi alguses kiiresti. "Ja kes teab, kirjutab Briti loodusteadlane Frank Lane, Võib-olla on nüüd inimesi, kes võlgnevad kalmaarile selle eest, et nende närvisüsteem on normaalses seisundis..."

Kalmaari kiirust ja manööverdusvõimet seletab ka tema suurepärane hüdrodünaamilised vormid looma keha, miks kalmaar ja hüüdnimega "elav torpeedo".

Kalmaar(Teuthoidea), peajalgsete alamühing kümnejalgsete seltsist. Suurus on tavaliselt 0,25-0,5 m, kuid mõned liigid on suurimad selgrootud loomad(kalmaarid perekonnast Architeuthis jõuavad 18 m, sealhulgas kombitsate pikkus).
Kalmaaride keha on piklik, tagant terav, torpeedokujuline, mis määrab nende suure liikumiskiiruse nagu vees ( kuni 70 km/h) ja õhus (kalmaarid võivad veest kõrgele välja hüpata kuni 7 m).

Squid Jet Mootor

Reaktiivmootor, mida kasutatakse nüüd torpeedodes, lennukites, rakettides ja kosmosemürskudes, on samuti iseloomulik peajalgsed - kaheksajalad, seepia, kalmaarid. Suurimat huvi pakuvad tehnikud ja biofüüsikud kalmaari reaktiivmootor. Pange tähele, kui lihtsalt ja minimaalse materjalikasutusega loodus selle keerulise ja siiani ületamatu ülesande lahendas;-)

Sisuliselt on kalmaaril kaks põhimõtteliselt erinevat mootorit ( riis. 1a). Aeglaselt liikudes kasutab see suurt rombikujulist uime, mis perioodiliselt paindub jooksvalaine kujul mööda keha keha. Kalmaar kasutab enda kiireks käivitamiseks reaktiivmootorit.. Selle mootori aluseks on mantel - lihaskude. See ümbritseb molluski keha igast küljest, moodustades peaaegu poole selle keha mahust ja moodustab omamoodi reservuaari - mantliõõs - elava raketi "põlemiskamber"., millesse perioodiliselt vett sisse imetakse. Mantliõõnes on lõpused ja siseorganid kalmaar ( riis. 1b).

Jetiujumise meetodiga loom imeb piirkihist vett mantliõõnde läbi laia avatud mantlipilu. Mantlivahe “kinnitatakse” tihedalt spetsiaalsete “mansetinööpide-nööpidega” pärast seda, kui elava mootori “põlemiskamber” on täidetud mereveega. Mantlivahe asub kalmaari keha keskosa lähedal, kus see on kõige paksem. Looma liikumist põhjustav jõud tekib veejoa viskamisel läbi kitsa lehtri, mis asub kalmaari kõhupinnal. See lehter ehk sifoon on elava reaktiivmootori "düüs"..

Mootori "düüs" on varustatud spetsiaalse ventiiliga ja lihased saavad seda pöörata. Lehtri-düüsi paigaldusnurga muutmisega ( riis. 1c), ujub kalmaar võrdselt hästi nii ette kui taha (tagasi ujumisel sirutub lehter piki keha ja klapp surutakse vastu selle seina ega sega vahevööõõnsusest voolavat veejuga; kui kalmaar peab edasi liikuma, lehtri vaba ots pikeneb mõnevõrra ja paindub vertikaaltasapinnas, selle väljalaskeava vajub kokku ja klapp võtab kõvera asendi). Joalöögid ja vee imendumine vahevööõõnde järgneb üksteise järel tabamatu kiirusega ning kalmaar tormab rakettina ookeanisinises.

Kalmaar ja selle reaktiivmootor – joonis 1

1a) kalmaar – elav torpeedo; 1b) kalmaari reaktiivmootor; 1c) düüsi ja selle klapi asend kalmaari edasi-tagasi liikumisel.

Loom kulutab murdosa sekundist, kui võtab vett sisse ja surub selle välja. Imedes vett keha tagumises osas asuvasse mantliõõnde inertsist tingitud aeglaste liikumiste perioodidel, imeb kalmaar sellega läbi piirkihi, vältides nii voolu seiskumist ebastabiilse voolurežiimi ajal. Suurendades väljutatava vee kogust ja suurendades vahevöö kokkutõmbumist, suurendab kalmaar kergesti oma liikumiskiirust.

Kalmaari reaktiivmootor on väga ökonoomne, tänu millele suudab ta kiirust saavutada 70 km/h; mõned teadlased usuvad, et isegi 150 km/h!

Insenerid on juba loonud kalmaari reaktiivmootoriga sarnane mootor: See veekahur, mis töötab tavalise bensiini- või diiselmootoriga. Miks kalmaari reaktiivmootor köidab endiselt inseneride tähelepanu ja on biofüüsikute hoolika uurimistöö objekt? Vee all töötamiseks on mugav omada seadet, mis töötab ilma juurdepääsuta atmosfääriõhule. Inseneride loominguline otsing on suunatud disaini loomisele hüdroreaktiivmootor, sarnane õhujoa…

Suurepäraste raamatute materjalide põhjal:
"Biofüüsika füüsikatundides" Cecilia Bunimovna Katz,
Ja "Mere primaadid" Igor Ivanovitš Akimushkina

Kondakov Nikolai Nikolajevitš (1908–1999) – Nõukogude bioloog, loomakunstnik, bioloogiateaduste kandidaat. Tema peamine panus bioloogiateadusesse olid joonistused erinevatest fauna esindajatest. Need illustratsioonid sisaldusid paljudes väljaannetes, nt Suur Nõukogude entsüklopeedia, NSV Liidu punane raamat, loomaatlastes ja õppevahendites.

Akimuškin Igor Ivanovitš (01.05.1929–01.01.1993) – Nõukogude bioloog, kirjanik ja bioloogia populariseerija, loomade elu käsitlevate populaarteaduslike raamatute autor. Üleliidulise Seltsi "Teadmiste" preemia laureaat. NSVL Kirjanike Liidu liige. Igor Akimuškini kuulsaim väljaanne on kuueköiteline raamat "Loomade maailm".

Selle artikli materjalid on kasulikud mitte ainult kasutamiseks füüsika tundides Ja bioloogia, aga ka koolivälises tegevuses.
Biofüüsikaline materjal on äärmiselt kasulik õpilaste tähelepanu mobiliseerimiseks, abstraktsete sõnastuste muutmiseks millekski konkreetseks ja lähedaseks, mõjutades mitte ainult intellektuaalset, vaid ka emotsionaalset sfääri.

Kirjandus:
§ Katz Ts.B. Biofüüsika füüsikatundides

§ § Akimušhkin I.I. Mere primaadid
Moskva: kirjastus Mysl, 1974
§ Tarasov L.V. Füüsika looduses
Moskva: kirjastus Prosveštšenie, 1988

Reaktiivmootor looduses ja tehnoloogias

FÜÜSIKA KOKKUVÕTE

Reaktiivmootor- liikumine, mis tekib siis, kui mõni selle osa on teatud kiirusega kehast eraldatud.

Reaktiivne jõud ilmneb ilma väliste kehadega suhtlemiseta.

Reaktiivjõu rakendamine looduses

Paljud meist on oma elus meres ujudes meduusid kohanud. Igal juhul on neid Mustal merel küllalt. Kuid vähesed inimesed arvasid, et meduusid kasutavad liikumiseks ka reaktiivjõudu. Lisaks liiguvad nii kiilide vastsed ja teatud tüüpi mereplankton. Ja sageli on mereselgrootute efektiivsus reaktiivjõu kasutamisel palju suurem kui tehnoloogilistel leiutistel.

Reaktiivjõudu kasutavad paljud molluskid – kaheksajalad, kalmaarid, seepia. Näiteks merikarbi mollusk liigub edasi kestast välja paiskunud veejoa reaktiivjõu tõttu, mille ventiilid järsult kokku suruvad.

Kaheksajalg

Seepia

Seepia, nagu enamik peajalgseid, liigub vees järgmiselt. Ta võtab vett lõpuseõõnde läbi külgpilu ja spetsiaalse lehtri keha ees ning viskab seejärel energiliselt läbi lehtri veejoa välja. Seepia suunab lehtritoru küljele või taha ning sealt kiiresti vett välja pigistades võib liikuda eri suundades.

Salpa on läbipaistva kehaga mereloom, liikudes saab ta eesmise ava kaudu vett ning vesi satub laia õõnsusse, mille sees on lõpused diagonaalselt venitatud. Niipea, kui loom võtab suure lonksu vett, sulgub auk. Seejärel tõmbuvad salpi piki- ja põikilihased kokku, kogu keha tõmbub kokku ja tagumise ava kaudu surutakse vesi välja. Väljapääseva joa reaktsioon lükkab salpa ette.

Suurimat huvi pakub kalmaari reaktiivmootor. Kalmaar on ookeani sügavuste suurim selgrootu elanik. Kalmaarid on saavutanud reaktiivlennukite navigeerimises kõrgeima täiuslikkuse. Isegi nende keha oma väliste vormidega kopeerib raketti (või õigemini öeldes, rakett kopeerib kalmaari, kuna sellel on selles küsimuses vaieldamatu prioriteet). Aeglaselt liikudes kasutab kalmaar suurt rombikujulist uime, mis perioodiliselt paindub. See kasutab kiireks viskamiseks reaktiivmootorit. Lihaskude - vahevöö ümbritseb molluski keha igast küljest, selle õõnsuse maht on peaaegu pool kalmaari keha mahust. Loom imeb vett mantliõõnde ja viskab seejärel järsult läbi kitsa düüsi veejoa välja ja liigub kiirete tõugetega tahapoole. Samal ajal koondatakse kõik kümme kalmaari kombitsat pea kohale sõlme ja see võtab voolujoonelise kuju. Düüs on varustatud spetsiaalse ventiiliga ja lihased saavad seda pöörata, muutes liikumissuunda. Kalmaari mootor on väga ökonoomne, see on võimeline saavutama kiirust kuni 60 - 70 km/h. (Mõned teadlased usuvad, et isegi kuni 150 km/h!) Pole ime, et kalmaari nimetatakse "elavaks torpeedoks". Kimpus olevaid kombitsaid paremale, vasakule, üles või alla painutades pöördub kalmaar ühes või teises suunas. Kuna selline rool on looma endaga võrreldes väga suur, siis piisab selle kergest liigutusest, et kalmaar saaks isegi täiskiirusel takistusega kokkupõrkest kergesti kõrvale põikleda. Rooli järsk pööre - ja ujuja tormab vastassuunas. Nii et ta painutas lehtri otsa tagasi ja libiseb nüüd pea ees. Ta painutas seda paremale – ja reaktiivtõuge paiskas ta vasakule. Kui aga on vaja kiiresti ujuda, jääb lehter alati otse kombitsate vahele välja ja kalmaar tormab saba esimesena, täpselt nagu jõevähk jookseks – võidusõitja väledusega varustatud kiirkõndija.

Kui kiirustada pole vaja, ujuvad kalmaarid ja seepia laineliste uimedega - miniatuursed lained jooksevad nendest eest-tagasi üle ning loom liugleb graatsiliselt, surudes end aeg-ajalt ka mantli alt välja paisatud veejoaga. Siis on selgelt näha üksikud löögid, mida mollusk veejugade purske hetkel saab. Mõned peajalgsed võivad jõuda kiiruseni kuni viiskümmend viis kilomeetrit tunnis. Tundub, et otsemõõtmisi pole keegi teinud, kuid seda saab hinnata lendavate kalmaaride kiiruse ja lennuulatuse järgi. Ja tuleb välja, et kaheksajalgadel on peres sellised anded! Parim piloot molluskite seas on kalmaar Stenoteuthis. Inglise meremehed nimetavad seda lendavaks kalmaariks ("lendav kalmaar"). See on umbes heeringa suurune väike loom. Ta jälitab kalu sellise kiirusega, et hüppab sageli veest välja, libisedes noolena üle selle pinna. Ta kasutab seda trikki, et päästa oma elu kiskjate - tuunikala ja makrelli - eest. Olles välja töötanud vees maksimaalse reaktiivtõukejõu, tõuseb pilootkalmaar õhku ja lendab üle lainete rohkem kui viiekümne meetri kaugusele. Elava raketi lennu apogee asub nii kõrgel vee kohal, et lendavad kalmaarid satuvad sageli ookeanilaevade tekkidele. Neli kuni viis meetrit ei ole rekordkõrgus, milleni kalmaar taevasse tõuseb. Mõnikord lendavad nad veelgi kõrgemale.

Inglise molluskiuurija dr Rees kirjeldas ühes teadusartiklis kalmaari (pikkusega vaid 16 sentimeetrit), kes paraja vahemaa läbi õhu lennanud kukkus jahi sillale, mis kerkis veest ligi seitse meetrit kõrgemale.

Juhtub, et sädelevas kaskaadis kukub laevale palju lendavaid kalmaare. Vanakirjanik Trebius Niger rääkis kord kurva loo laevast, mis väidetavalt selle tekile kukkunud lendavate kalmaaride raskuse all uppus. Kalmaar suudab õhku tõusta ilma kiirenduseta.

Ka kaheksajalad oskavad lennata. Prantsuse loodusteadlane Jean Verani nägi, kuidas tavaline kaheksajalg akvaariumis kiirendas ja järsku tagurpidi veest välja hüppas. Kirjeldanud umbes viie meetri pikkust kaare õhus, hüppas ta tagasi akvaariumi. Hüppamiseks kiirust kogudes ei liikunud kaheksajalg mitte ainult reaktiivtõukejõu tõttu, vaid ka aerutas oma kombitsatega.
Kottis kaheksajalad ujuvad muidugi halvemini kui kalmaarid, kuid kriitilistel hetkedel võivad nad näidata parimate sprinterite rekordklassi. California akvaariumi töötajad püüdsid pildistada krabi ründavat kaheksajalga. Kaheksajalg tormas oma saagile sellise kiirusega, et kile sisaldas isegi kõige suurematel kiirustel filmides alati rasva. See tähendab, et vise kestis sajandiksekundeid! Tavaliselt ujuvad kaheksajalad suhteliselt aeglaselt. Kaheksajalgade rännet uurinud Joseph Seinl arvutas: poolemeetrine kaheksajalg ujub läbi mere keskmise kiirusega umbes viisteist kilomeetrit tunnis. Iga lehtrist välja paisatud veejuga surub seda kaks kuni kaks ja pool meetrit edasi (õigemini tahapoole, kuna kaheksajalg ujub tagurpidi).

Jet-liikumist võib leida ka taimemaailmast. Näiteks “hullu kurgi” küpsed viljad põrkuvad vähimagi puudutusega varre küljest lahti ja tekkinud august paiskub jõuliselt välja kleepuv seemnetega vedelik. Kurk ise lendab kuni 12 m kaugusele vastassuunas.

Teades impulsi jäävuse seadust, saate muuta oma liikumiskiirust avatud ruumis. Kui oled paadis ja sul on mitu rasket kivi, siis viska kividega pihta teatud pool liigute vastupidises suunas. Sama juhtub avakosmoses, kuid seal kasutavad nad selleks reaktiivmootoreid.

Kõik teavad, et relva lasuga kaasneb tagasilöök. Kui kuuli kaal oleks võrdne relva raskusega, lendaksid need laiali sama kiirusega. Tagasilöök tekib seetõttu, et väljapaiskuv gaasimass tekitab reaktiivjõu, tänu millele saab tagada liikumise nii õhus kui ka õhuvabas ruumis. Ja mida suurem on voolavate gaaside mass ja kiirus, seda suur jõud Tagasilööki tunneb meie õlg, mida tugevam on relva reaktsioon, seda suurem on reaktiivjõud.

Reaktiivjõu rakendamine tehnoloogias

Inimkond on unistanud kosmoselendudest palju sajandeid. Ulmekirjanikud on selle eesmärgi saavutamiseks välja pakkunud mitmesuguseid vahendeid. 17. sajandil ilmus prantsuse kirjaniku Cyrano de Bergeraci lugu lennust Kuule. Selle loo kangelane jõudis Kuule raudkäruga, millest ta pidevalt tugeva magnetiga üle viskas. Tema poole meelitades tõusis vanker Maa kohal aina kõrgemale, kuni jõudis Kuule. Ja parun Münchausen ütles, et ronis Kuule mööda oavart.

Esimese aastatuhande lõpul pKr leiutas Hiina reaktiivtõukejõu, mis kasutas rakette – püssirohuga täidetud bambustorusid, neid kasutati ka lõbuna. Üks esimesi autoprojekte oli ka reaktiivmootoriga ja see projekt kuulus Newtonile

Maailma esimese inimlennuks mõeldud reaktiivlennuki projekti autor oli Vene revolutsionäär N.I. Kibalchich. Ta hukati 3. aprillil 1881 keiser Aleksander II mõrvakatses osalemise eest. Ta arendas oma projekti vanglas pärast surmamõistmist. Kibalchich kirjutas: „Vangis olles, paar päeva enne oma surma, kirjutan seda projekti. Ma usun oma idee teostatavusse ja see usk toetab mind mu kohutavas olukorras... Ma astun rahulikult surmale vastu, teades, et minu idee ei sure koos minuga.”

Idee kasutada kosmoselendudeks rakette pakkus selle sajandi alguses välja vene teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski. 1903. aastal ilmus trükis Kaluga gümnaasiumi õpetaja K.E.-i artikkel. Tsiolkovski "Maailmaruumide uurimine reaktiivsete instrumentide abil". See töö sisaldas astronautika jaoks kõige olulisemat matemaatilist võrrandit, mida nüüd tuntakse Tsiolkovski valemina, mis kirjeldas muutuva massiga keha liikumist. Seejärel töötas ta välja vedelkütuse rakettmootori kujunduse, pakkus välja mitmeastmelise raketiprojekti ja väljendas ideed võimalusest luua terveid kosmoselinnu madalal Maa orbiidil. Ta näitas, et ainus seade, mis suudab gravitatsiooni ületada, on rakett, s.o. reaktiivmootoriga seade, mis kasutab seadmel endal asuvat kütust ja oksüdeerijat.

Reaktiivmootor on mootor, mis muudab kütuse keemilise energia gaasijoa kineetiliseks energiaks, samal ajal kui mootor omandab pöördeid vastupidises suunas.

K.E. Tsiolkovski ideed viisid ellu Nõukogude teadlased akadeemik Sergei Pavlovitš Korolevi juhtimisel. Ajaloo esimene kunstlik Maa satelliit saadeti Nõukogude Liidus raketiga orbiidile 4. oktoobril 1957. aastal.

Reaktiivjõu põhimõte leiab laialdast praktilist rakendust lennunduses ja astronautikas. Kosmoses pole keskkonda, millega keha saaks suhelda ja seeläbi oma kiiruse suunda ja suurusjärku muuta, seetõttu saab kosmoselendudeks kasutada ainult reaktiivlennukeid. lennukid st raketid.

Raketi seade

Raketi liikumine põhineb impulsi jäävuse seadusel. Kui mingil ajahetkel mõni keha raketist eemale visatakse, omandab see sama impulsi, kuid see on suunatud vastupidises suunas.

Igal raketil, olenemata selle konstruktsioonist, on alati kest ja oksüdeerijaga kütus. Raketi kest sisaldab kasulikku lasti (in sel juhul see on kosmoselaev), instrumendiruum ja mootor (põlemiskamber, pumbad jne).

Raketi põhimass on oksüdeerijaga kütus (oksüdeerijat on vaja kütuse põlemise säilitamiseks, kuna ruumis pole hapnikku).

Kütus ja oksüdeerija juhitakse põlemiskambrisse pumpade abil. Kütus muutub põletamisel kõrge temperatuuri ja kõrge rõhuga gaasiks. Suure rõhkude erinevuse tõttu põlemiskambris ja kosmoses paiskuvad põlemiskambrist gaasid võimsa joana välja spetsiaalse kujuga pesa, mida nimetatakse otsikuks. Düüsi eesmärk on suurendada joa kiirust.

Enne raketi starti on selle hoog null. Põlemiskambris ja kõigi teiste raketi osade gaasi vastasmõju tulemusena saab läbi düüsi väljuv gaas mingi impulsi. Siis on rakett suletud süsteem ja selle koguimpulss peab pärast starti olema null. Seetõttu saab kogu selles oleva raketi kest impulsi, mis on võrdne gaasi impulsiga, kuid vastupidine.

Raketi kõige massiivsemat osa, mis on ette nähtud kogu raketi käivitamiseks ja kiirendamiseks, nimetatakse esimeseks etapiks. Kui mitmeastmelise raketi esimene massiivne aste ammendab kiirendamisel kõik oma kütusevarud, eraldub see. Edasist kiirendust jätkab teine, vähemmassiivne aste ning see lisab esimese etapi abil varem saavutatud kiirusele veidi kiirust juurde ja siis eraldub. Kolmas etapp jätkab kiiruse suurendamist nõutava väärtuseni ja toimetab kasuliku koormuse orbiidile.

Esimene inimene, kes avakosmosesse lendas, oli Nõukogude Liidu kodanik Juri Aleksejevitš Gagarin. 12. aprill 1961 tegi ta Vostok satelliidil ümber maakera.

Nõukogude raketid jõudsid esimestena Kuule, tiirutasid Kuu ümber ja pildistasid selle Maalt nähtamatut külge ning jõudsid esimestena planeedile Veenus ja toimetasid selle pinnale teaduslikke instrumente. 1986. aastal kaks Nõukogude kosmoselaev Vega 1 ja Vega 2 uurisid tähelepanelikult Halley komeeti, mis läheneb Päikesele kord 76 aasta jooksul.