Если стеклянную изогнутую под прямым углом трубку соединить с водопроводом резиновой трубкой и открыть кран, то стеклянная трубка будет отброшена от своего положения под действием силы реакции струи воды
Вода в трубке движется с постоянной по модулю скоростью, но направление скорости изменяется на 90 градусов от
до
Взяв разность этих векторов, находим направление вектора
Эти вектора показаны на рисунке.
Здесь имеет место изменение скорости по направлению, значит присутствует нормальное ускорение и сила, направленная к центру закругления.
Эта сила действует на движущуюся жидкость со стороны стенки трубки. Согласно второму закону Ньютона, с такой же по модулю силой движущаяся вода действует на трубку, отбрасывая её. Это и есть сила реакции струи воды
Реакция струи имеет место не только при течении воды по изогнутой трубке, а во всех случаях, когда струя жидкости или газа изменяет своё направление, встречая на своём пути твёрдое тело.
Так, реакция струи воды или пара имеет место в паровой турбине, главной частью которой является колесо с лопатками, косо насаженными на обод.
Струя пара, ударяясь о лопатки, отражается от них, изменяя своё направление. Появляется сила реакции, действующая со стороны струи пара на лопатки, вращающая колесо турбины.
По такому же принципу работают водяные турбины гидростанции, ветряные мельницы.
Крылья ветряной мельницы косо насаживаются на ось. Сила реакции набегающего на крылья потока воздуха вращает крылья мельницы. Движение судов по поверхности воды тоже происходит под действием силы реакции, действующей со стороны воды на гребной винт судна.
Так же работают и воздушные винты (пропеллеры) самолётов.
Сила тяги винта это и есть сила реакции струи воздуха.
Движение ракет также вызывается силой реакции струи сгорающего топлива, которое ракета несёт в себе.
Ракеты, установленные в качестве двигателя, на самолётах и других машинах называются реактивными двигателями. Топливом для них является керосин. При его сгорании образуется реактивная струя. Воздух, необходимый для сгорания, берётся из атмосферы. Реактивные самолёты способны развивать скорость в 2 и более раз превышающие скорость звука, равную 1200 км/ч.
Реактивная сила ракеты (баллистической ракеты) применяется для запуска искусственных спутников Земли. Её реактивный двигатель может работать и в безвоздушном пространстве.
Баллистическими называются ракеты с большим запасом топлива и с двигателем огромной мощности. Её двигатель работает только в начале пути. Весь запас топлива он расходует за несколько минут, сообщая ракете огромную скорость (10 км/с и более). Дальше ракета двигается только под действием сил тяготения Земли.
В процессе сгорания топлива масса ракеты уменьшается, а ускорение, согласно второму закону Ньютона, увеличивается.
Увеличить скорость ракеты можно ещё увеличив скорость реактивной струи. Для этого соплу реактивного двигателя придают специальную форму
и выбирают топливо, дающее более высокую температуру при сгорании.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Занятие 31. Гидродинамика и аэродинамика.
Следующая запись: Полёт самолёта
Ссылки на другие занятия даны в Занятии 1