1.2. Принцип реактивного движения

Зная закон сохранения импульса, можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону, вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Вообще, под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. При этом возникает так называемая реактивная сила, сообщающая телу ускорение.

Реактивное движение изучается физиками сравнительно недавно. Однако даже на данном этапе развития в различных сферах жизнедеятельности оно играет немаловажную роль. Например, обладая немаленькой мощностью, реактивные снаряды способны преодолевать большие расстояния за сравнительно малые промежутки времени.

Пользу от реактивного движения можно получать даже в повседневной жизни. Например, чтобы двигаться быстрее на лодки, можно кидать в обратную сторону заранее заготовленные камни. Чтобы резко притормозить на льду, можно кинуть вперед какой-нибудь предмет.

Из всего этого можно сделать вывод, что реактивное движение является прекрасным применением знаний по физике в реальной жизни и основой для технических прогрессов.

2. Реактивный двигатель

Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий хими­че­с­кую энер­гию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом дви­га­тель при­обретает скорость в обратном направлении. На каких же прин­ципах и физических законах основывается его действие? Чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохранения импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма импульсов тел, составляющих зам­кнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях тел системы. К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Вот эта формула:

Здесь v_max – максимальная скорость ракеты, v₀ – начальная скорость, v_r – скорость истечения газов из сопла, m – начальная масса топлива, а M – масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимально достижимая скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла, которая в свою очередь зависит, прежде всего, от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее количество теплоты. Из формулы следует также, что эта скорость зависит и от начальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какая часть её веса при­ходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.

Эта формула Циолковского является фундаментом, на котором основан весь расчёт современных ракет. Отношение массы топлива к массе ракеты в конце работы двигателя называется  числом Циолковского. Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше ско­рость истечения газов и чем больше число Циолковского. Более двух тысяч лет назад китайцы изобрели и применили для военных целей ракеты простейшего устройства. По-видимому, китайская ракета была сходна с теми ракетами, которые применяются сейчас для фейерверка и сигнализации. Китайцы использовали свою ракету как зажигательное средство главным образом при осаде вражеских городов. Ракетная трубка с небольшим запасом пороха привязывалась к стреле. Выбрасывая такую стрелу из лука, китайские воины сообщали ракете большую начальную скорость и увеличивали дальность ее полета. 

Как источник получения тяги, особенно при не очень высоких скоростях, ракетные двигатели весьма неэкономичны, вследствие непомерного расхода топлива. Однако за последнее время довольно широкое распространение получило применение ракетных установок в качестве вспомогательных приспособлений для облегчения взлета тяжело перегруженных самолетов и быстрого набора высоты. Подобного рода установки, состоящие из нескольких крупнокалиберных ракет, прикрепляются к нижней части фюзеляжа и вводятся в действие при взлете. После использования пустые гильзы ракет и сама установка сбрасываются (обычно на парашюте).

Вспомогательные ракетные установки могут сказаться весьма полезными для взлета с неприспособленных площадок малого размера. На авианосцах военно-морского флота США в последнее время удалось благодаря применению пусковых ракет: а) уменьшить разбег истребителя для взлета на 33—60% и тем самым существенно увеличить пропускную способность палубы корабля, б) значительно увеличить нагрузку самолета, так как пусковая ракета развивает значительную дополнительную тягу.