Внимательное, вдумчивое прочтение этой статьи поможет разобраться с многими проблемами современной школьной физики а также поможет в решении задач с вертолётами.
Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.
Остолопов прошу не беспокоить меня и нормальных читателей тупыми комментами и своим бестолковым блеянием. Тупые комментарии буду просто стирать, а их бестолковых авторов - банить.
Напомню основные принципы обучения, высказанные умными людьми. Аристипп Киренейский: "Детей надо учить тому, что пригодится им, когда они вырастут". Академик АН СССР Г.С. Ландсберг, главный редактор многократно переиздаваемого "Элементарного учебника физики": "Преподавание в средней школе, как, впрочем, и всякое иное преподавание, не может быть, конечно, исчерпывающим. Однако его необходимо строить таким образом, чтобы в дальнейшем учащийся мог и должен был бы доучиваться, но никогда не был бы вынужден переучиваться."
Однако, преподавание физики в современной школе осуществляется ВОПРЕКИ этим двум основным принципам обучения. Детям вдалбливают представления о мироустройстве, о физических законах на уровне представлений, ошибок и заблуждений XVII...XVIII веков. Я не хочу сказать, что всё, привнесённое учёными того времени в физику, было целиком и полностью ошибками и заблуждениями, вовсе нет. Взять, к примеру, три закона Ньютона, на которых и выстроена вся праильная физика. Но многие теории требуют немедленного пересмотра - например, пора отказаться от понимания энергии, предложенного Лейбницем* (mgh и mV^2/2)
*Там длинная статья, не для куриных мозгов. В принципе, все обоснования отказа от энергии, придуманной Готтфридом Лейбницем, и соответственно, от закона сохранения этой лейбницевской энергии, уже имеются в других моих статьях на этом канале "Не верь стереотипам". Перечень этих статей можно найти тут.
Как я говорил, мы (человечество) уже двадцать лет тому назад шагнули в новое тысячелетие, в конце XVII - начале XVIII века изобрели паровые двигатели, потом заменили их на более совершенные двигатели внутреннего сгорания, построили сотни миллионов автомобилей, причем в некоторых особо развитых странах, число автомобилей, мощность каждого из которых измеряется десятками и сотнями лошадиных сил, уже сравнивается с числом жителей. Мы покорили небо - самолётами и вертолётами, так что перелёт из одной страны в другую стал более обыденной вещью, чем в XIX веке переезд дворянской семьи на лето из города в поместье. Более того - 60 лет тому назад мы шагнули в космос. Но в школах до сих пор преподают физику на уровне, когда качестве тяги использовали людей, ослов и лошадей.
В школах до сих пор учат, что:
Работа равна: A = F S cosα
Мощность равна : N = A / t
КПД равен = А_полезная / Е_затраченная
Можно ли с помощью этих формул определить работу, совершаемую реактивными ракетными двигателями? Определить их мощность? Определить их КПД? Смотрим на рис. 1. Предположим, что у нас есть две ракеты, одна из которых "стоит на столбе" пламени изрыгаемого реактивным ракетным двигателем, а другая, уже набрав к этом моменту некоторую скорость, продолжает равномерно подниматься вверх.:
Может быть, попросим помощи для решения этой простой задачи у академических дедушек из ОФН РАН, у чиновников из Министерств просвещения, а также высшего образования и науки, у школьных учителей физики, наконец?
Не обижайтесь. Придурков, которые начнут писать тупые посты в стиле "а как же разрабатывали и строили ракеты до этого?" я буду сразу банить.
Что мне нравится у ракетчиков - они будто бы позабыли про все те глупости, которыми их пичкали в школе. Если мы посмотрим на характеристики ракеты-носителя, то там мы не увидим ни мощности двигателей (напомню, что, согласно школьных учебников, мощность - это работа. выполняемая в единицу времени), ни коэффициентов полезного действия, ни тем более "положительной и отрицательной работы", существование которых проповедовали остолопы-теоретики Ландау и Лифшиц, или одной из последних глупостей, изобретенных остолопами-теоретиками - "мощности силы"**
**Если кто знает автора этой беспросветной глупости, автора этой невероятной чуши, кто первым занёс этот вопиющий идиотизм в физику, расскажите мне, пожалуйста.
Давайте посмотрим на ТТХ (тактико-технические характеристики) любой ракеты-носителя. Возьмём, к примеру, "Ангару -1.2ПП":
Вы где-нибудь видите среди ТТХ мощность? КПД? Или, боже упаси, "мощность силы"? Нет, мы видим лишь ТЯГУ, которая с успехом заменяет ракетчикам мощность, причем она различная на уровне моря и в вакууме - по причине разницы внешнего давления, видим УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС - это показатель эффективности двигателя, что-то вроде КПД и видим ВРЕМЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ, которое помогает рассчитать весь импульс силы, необходимый для вывода космического корабля на орбиту Земли. Ведь поднимает ракету в небо, в космос, не энергия, придуманная 3,5 века тому назад Лейбницем, а импульс силы, на основании второго закона Ньютона, которому, как ни странно, тоже 3,5 века: Δ(mV) = ∫ F(t) dt - это второй закон Ньютона в дифференциальной форме. Масса m и скорость ракеты V, а также тяга маршевых двигателей постоянно меняются - и в этом есть некоторая сложность расчётов космических стартов. На самом деле надо еще учитывать плотность атмосферного воздуха, его сопротивление движению ракеты, даже географическую широту, с которой стартует ракета, но это уже "высший пилотаж", которым мы не будем забивать пока головы - важно понять основы.
Давайте посмотрим ТТХ реактивного ракетного двигателя РД-191, применяемого в первой ступени этой ракеты-носителя.
Давайте сначала остановимся на ТЯГЕ - то есть той самой движущей силе, которая и отправляет ракеты в космос.
Заглянем в гости к барышне Вики - так как в освоении космоса Россия, со времён СССР, впереди планеты всей, то разумеется, русскоязычной Вики доверия в "космических вопросах" больше всего:
И что же мы тут видим?
Не поверите, мы тут видим второй закон Ньютона в его самом чистом, авторском виде: Δ(mV) = ∫ F(t) dt
То есть F = V_eff * dm/dt
Или же, в более понятной форме: F * dt = V_eff * dm из которого и получаем Δ(mV_eff) = ∫ F(t) dt
Второй закон Ньютона РУЛИТ !!!
То есть - энергия ракетного топлива (пропелланта, состоящего из керосина РГ-1 и жидкого кислорода) тратится на создание требуемой тяги, подъёмной силы в течение определенного времени - то есть на создание импульса силы, который и позволит выполнить ПОЛЕЗНУЮ работу по запуску на орбиту Земли нового спутинка или космического корабля.
А что с энергией имени Лейбница? Где же она? Если сказать честно , то - в полной ж... - взять, к примеру, расчёт этих "лейбницевских энергий" по телеметрии старта ракеты Falcon-9. Но тем не менее, эту дурь насчёт mgh и mV^2/2 продолжают чуть ли молотком вдалбливать в головёнки несчастных школьников.
Что же такое УДЕЛЬНАЯ ТЯГА, вернее правильно называть эту величину УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС двигателя?
Удельный импульс - это как раз и есть показатель ЭФФЕКТИВНОСТИ реактивного ракетного двигателя в чистом виде. Он показывает, сколько пропелланта, т.е. ракетного топлива надо сжечь, чтобы создать единичную движущую силу (1 ньютон или 1 кГс) в течение единицы времени (1 секунда). Вопрос для проверки усвоения: допустим имеются три реактивных двигателя. Один, затрачивая 1 грамм топлива, может создавать движущую силу в 1 Н в течение 1 секунды, другой, затрачивая 1 грамм того же самого топлива, может создавать движущую силу в 2 Н в течение одной секунды, третий - затрачивая 1 грамм того же топлива может создавать движущую силу 0,5 Н в течение 5 секунд. Какой из этих двигателей самый эффективный? Другими словами, какой из этих двигателей имеет самый высокий КПД?
Теперь скажите мне - разве такие объяснения не будут понятны школьникам 10...11 классов? Или даже в 8 и 9 -ом?
Единственное, что мне не нравится, это измерение УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА в секундах. Этим замыливается смысл удельного импульса - обычно это МАССОВЫЙ расход топлива на создание единичного импульса. То есть единица измерения удельного импульса должна быть:
кГс * c / г (полученный импульс движущей силы делим на кол-во израсходованного топлива)
или:
кГс * c / кг
или, в системе Си:
Н * c / г
В справочниках, которые мне попадались под руку, речь идёт о МАССОВОМ, а не ВЕСОВОМ удельном расходе топлива. Возможно, для расчётов космических стартов удобнее пользоваться весовым удельным расходом топлива, в этом случае мы получаем единицу измерения весового удельного расхода топлива в системе Си:
H * с / H = с, но, как я уже сказал, в этом случае замыливается физическая суть удельного импульса и я бы рекомендовал даже весовой удельный импульс силы измерять в Н * с / Н. Пускай эта единица измерения и выглядит слегка противоестественно, то в данном случае становится сразу же понятно, что речь идёт о ВЕСОВОМ удельном импульсе движущей силы, а не о времени.
Ликбез, то есть урок закончил. Продолжение следует.