2. Реактивний рух. Фізичні основи ракетної техніки

Відповідь є простою: всі перелічені тіла від чогось відштовхуються.

 

(Проте космічні кораблі літають у відкритому космосі, виконують маневри, повертаються на Землю)
 

Від чого ж вони відштовхуються?

Проведемо дослід
Надуємо повітряну кульку і, не стягаючи її отвір ниткою, відпустимо. Кулька почне рухатись, і рухатиметься доти, поки з отвору виривається повітря.

 

 

 

Якщо отвір кульки закритий, вона перебуває в спокої й імпульс системи «кулька-повітря» дорівнює нулю.
Якщо отвір відкрити, то повітря почне вириватися назовні з досить великою швидкістю, тобто набуде певного імпульсу: .

Сама кулька теж набуде імпульсу: , напрямленого в бік, протилежний імпульсу повітря.

 

Уявімо, що система «кулька-повітря» є замкненою. Тоді відповідно до закону збереження імпульсу загальний імпульс системи «кулька-повітря» залишається незмінним і дорівнює нулю:

 

 

 

Знак «-» свідчить про те, що кулька рухається в напрямку, протилежному напрямку руху повітря.

 

 

Сила , яка діє на кулі, дорівнює швидкості зміни імпульсу куль:

n — кількість пострілів за секунду;

 — маса однієї кулі;

 — швидкість у момент вильоту з дула.

 

 

 

Відокремлюваною частиною ракети є струмінь гарячого газу, який утворюється в ході згоряння палива. Коли газовий струмінь із величезною швидкістю викидається із сопла ракети, то оболонка ракети одержує потужний імпульс, напрямлений у бік, протилежний швидкості руху струменя.

Уявімо неймовірний варіант: у момент старту все паливо ракети згоряє відразу.
Оскільки до старту ракета перебуває у спокої, то закон збереження імпульсу після згоряння палива виглядав би так:

 

Спроектуємо векторне рівняння на цю вісь OY:

 

 

 

  

Якби паливо ракети згоряло миттєво, а руху ракети нічого не заважало б, то швидкість, набрана ракетою, була б достатньою для того, щоб вивести ракету на орбіту Землі.
Однак у реальності паливо згоряє поступово, а на рух ракети помітно впливає опір повітря. Розрахунки показують, що для досягнення необхідної швидкості маса палива має у \(200\) разів перевищувати масу оболонки, а це нереально реалізувати технічно.

 

 

 
Це можливо тільки за допомогою багатоступеневих ракет: у таких ракетах ступені зі спорожнілими паливними резервуарами відкидаються в польоті (потім вони згоряють в атмосфері через тертя об повітря).
При цьому маса ракети зменшується, відповідно збільшується швидкість її руху. Зазначимо, що всі ракети-носії космічних апаратів, як найперші, так і ті, що використовуються зараз, є багатоступеневими.
\(12\) квітня \(1961\) р. ракета-носій «Восток» вивела на орбіту космічний корабель «Восток», на борту якого був перший у світі космонавт Ю. О. Гагарін.
Цей політ був здійснений за ініціативою та під керівництвом видатного конструктора С. П. Корольова\((1907-1966)\), уродженця м. Житомира.