Немного экологии

На доске: «Человек не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством
сначала робко проникнет за пределы атмосферы, затем завоюет себе все околосолнечное
пространство» (К.Э.Циолковский)
Тема № 22, 23. Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.
Демонстрации: упругое столкновение шаров на нити одинаковой массы
Мотивация
Движение ракет ( для изучения объектов Вселенной), пуль, орудий, каракатиц,
осьминогов
1.Повторение и актуализация.
1. Силы в механике (упругости, трения, тяжести.) Значение этих сил.
2. Почему спутники, обращаясь вокруг Земли, не падают на Землю, ведь они
движутся под действием силы тяжести? Можно ли считать обращение спутника
вокруг Земли свободным падением?
«Ведь Ньютона открытие разбило ,неведенья мучительное зло.
Дорогу к новым звездам положило, и новый выход страждущим дало,
уж скоро мы природы властелины, и на Луну пошлем свои машины!»
3.Как эти машины называются? Какое движение они совершают и какому закону
подчиняются, ответим ,изучив новую тему
Тема: Импульс. Закон сохранения импульса, реактивное движение.
Цель: ввести новую физическую величину - импульс, довести до осознания и
осмысления закон сохранения импульса, показать значение этого закона и его
использование при реактивном движении
2.Первичное усвоение
Демонстрация: неподвижная тележка, на тележку бросили деревянный брусок, тележка
начала двигаться.
1. Как описать взаимодействие тел в данном опыте?
2. Удобно ли использовать для этого закон Ньютона?
3. Найдём взаимосвязь между действующей на тело силой, временем действия и
изменением скорости
По второму закону Ньютона F= ma; где α = υ - υ0 / t= υ / t; так как υ0=0
F t =m υ
F t = m υ - m υ0= р – р0
Р=mυ
m υ1+ m υ2 = m U1+ m U2
Изменение импульса силы равно произведению F t = m υ
Это произведение в дальнейшем мы будем называть импульсом. Это понятие ввёл
Декарт. Правда, эту величину p = m υ, Декарт называл количеством движения.
Слово «Импульс» в переводе с латинского «толчок», Импульс – векторная величина.
Произведение F t в физике называют импульсом силы.
Импульс силы показывает, как изменяется импульс тела за данное время.
Второй закон Ньютона в импульсной форме обладает свойством сохранения, но только в
замкнутой системе тел.
Замкнутой называется система тел, которые взаимодействуют только друг с другом и не
взаимодействуют с другими телами.
Закон сохранения импульса : Геометрическая сумма импульсов тел, составляющих
замкнутую систему, остаётся постоянной при любых движениях и взаимодействиях.
m υ1+ m υ2 = m U1+ m U2
Закон сохранения импульса является следствием второго и третьего законов Ньютона.
Импульс тела равен сумме импульсов его отдельных элементов. Импульс тела может быть
равен нулю даже в случае, когда оно движется (например: вращающийся вокруг
неподвижной оси диск p1 + p2 = 0).
Система тел на земле или вблизи поверхности земли не может быть замкнутой, так как не
на все тела действует сила тяжести, однако вдоль горизонтального направления сила
тяжести не действует и сумма проекций импульсов тел на это направление остаётся const
если действием сил трения можно пренебречь. Область применения закона сохранения
импульса шире, если даже на тела действует внешние силы, но их сумма равна нулю,
закон сохранения импульса работает.
Этот закон для незамкнутых систем можно применить тогда, когда;
1. Внешние силы уравновешиваются
2. Сумма проекций сил, на какую либо ось, равна нулю.
3. При быстрых взаимодействиях.
Большое значение закон сохранения имеет для исследования реактивного движения
Впервые реактивное движение использовал древнегреческий ученый Герон.
Металлический сосуд в виде птицы подвешивался над огнем, вода закипала, и пар
выбрасывался назад, толкая птицу вперед
Реактивное движение - это такое движение, при котором от тела отделяется и движется
с некоторой скоростью другая его часть.
Примеры реактивного движения - резиновый шар, каракатица, осьминоги, ракета.
Особенность реактивной силы – возникает без какого либо взаимодействия с внешними
телами. ( происходит лишь взаимодействие между ракетой и вытекающей из нее струей
вещества
Ракета – это система двух взаимодействующих тел (оболочки и газа)
1. заряд, научные приборы, космонавты
2. запас топлива и различные системы управления
3. камера сгорания, топливо сгорает и превращается в газ высокой Т и Р
4. реактивное сопло, повышает скорость реактивной струи
5. отделяющаяся часть ракеты - газ.
Идея использования ракет была предложена К.Э. Циолковским (основоположник
современной космонавтики), а осуществлена советскими учеными под руководством
С.П.Королева (ученый и конструктор ракетно-космических систем)
Реактивные двигатели применяют, в военных ракетах, метереологических и в скоростных
самолётах.
Первый ИСЗ был запущен 4 октября 1957года, первым человеком, облетевшим земной
шар на корабле спутнике Восток за 98 минут был Юрий Гагарин. Циолковскому
принадлежит идея использования многоступенчатых ракет, отдельные спутники
снабжаются собственными двигателями и запасами топлива, по мере сгорания каждая
ступень отделяется от ракет.
Идея Циолковского о сооружении большой станции спутника на орбите вокруг Земли, с
которой будут стартовать ракеты к другим планетам солнечной системы, ещё не
осуществлена.
20 июля 1969 года два американских астронавта из корабля «Аполлон 11» Н. Армстронг и
Э. Олдрин впервые совершили посадку на Луну.
С выходом человека в космос открылись возможности исследования других планет, Земли
в полном объёме, сейчас на орбитальных комплексах разработаны технологии получения
материалов, которые нельзя изготовить на Земле, а можно только в состоянии
невесомости в космосе – сверхчистые монокристаллы, их стоимость = затратам на запуск
космических аппаратов.
Немного экологии
Были обнародованы сенсационные данные, которые проливают свет на
истинную причину затопления нашей орбитальной станции «Мир». По официальной
версии, как вы помните, она была затоплена в 2001 году потому что выработала свой
ресурс. Однако, сегодня выясняется, что решение о ликвидации первого космического
дома было принято в связи с тем, что на ней был обнаружен космический вирус
неизвестного происхождения, который мог нести угрозу человечеству. Оказывается, в
течении нескольких лет наши медики фиксировали появление на станции странных
неизвестных науке вирусов, которым были нестрашны ни космический холод, ни
космическая радиация. Более того, у одного из космонавтов даже была диагностирована
неизвестная науке и неподдающаяся лечению болезнь.
Бортинженер орбитальной станции “МИР” Александр Серебров должен был подготовить
снаряжение для выхода в открытый космос. Когда Серебров открыл один из скафандров
на него, в буквальном смысле, хлынула волна зеленой пыли. На Земле пыль оседает, а в
космосе, в условиях невесомости, она просто неуловима. Внутри скафандра образовалось
несколько слоев плесени – все это команде пришлось вычищать подручными средствами.
Плесень и пыль собрали и отправили в пылесборник. Через несколько дней заметили –
вода на станции имеет неприятный привкус. Еще через неделю в отсеках появился резкий
запах. Герой Советского Союза, Александр Серебров: “Мы попросили поменять колонку.
Нам не разрешили. Тогда мы обратили внимание, что у нас каждые полчаса
останавливается насос откачки конденсата. Гудит сирена, что-то там останавливается и
перестает качать.”Тогда космонавты разобрали колонку и определили, что нужно
заменить насос, но это не помогло. А вскоре, Серебров заметил, что весь фильтр колонки
забит крошками ядовито-желтого цвета. Неизвестного происхождения гранулы снова
стряхнули в пылесборник – решили разобраться на Земле. Экипаж вот-вот должен был
вернуться домой, но полет продлили на 2 месяца. Космонавтам ничего не оставалось, как
самим исправить неполадки. Тогда Серебров решил разобрать колонку. Герой Советского
Союза, Александр Серебров: “Я открыл, смотрю там тоже кусочки какие-то по торцам. Я
туда засунул проволоку и вытаскиваю оттуда полутораметрового червяка. Он был гибкий,
желтый, с темно-коричневыми пятнами. Как змея такая.” Космонавты испытали
сильнейший шок от увиденного. Как это существо смогло оказаться в герметичной
системе орбитального водопровода? Команда сообщила о происшедшем в центр
управления полетами. Экспедицию срочно стали готовить к возвращению на Землю, но
времени у космонавтов было не много. Одна микробактерия, в условиях космоса,
мутировала так, что смогла переродиться в целого слизня. Под воздействием
космической радиации вирусы стали медленно разрушать станцию “МИР”. Один за
другим из строя выходили важнейшие приборы, в частности вышел из строя
противопожарный датчик. Космонавты перестали контролировать ситуацию, на “МИРЕ”
в любой момент мог случиться пожар. Без противопожарного датчика и сигнализатора
дыма, такая ситуация могла привести к катастрофе. Свою опасную находку Александр
Серебров отправил на грузовом космическом корабле на Землю. Экипажу оставалось
провести в космосе еще несколько дней. Уже на станции Серебров почувствовал
недомогание: постоянно кружилась голова, тошнило, несколько дней космонавт пролежал
с температурой. После экстренной ситуации на станции “МИР”, в институте медикобиологических проблем была создана целая программа по изучению поведения
микроорганизмов в космосе. Для экспериментов было разработано специальное
оборудование. Материалом стали споры бацилл и микроскопических грибов, наиболее
устойчивых к воздействию внешних факторов. Их помещали на металлические
конструкции, из которых изготовлена внешняя оболочка космического корабля. Этот
образец оставляли в чашке Петри, которая герметично заваривалась. На крышке
находился мембранный фильтр, он позволял проходить внутрь чашке воздуху, но
удерживал микроорганизмы внутри. Микроорганизмы провели в космосе 18 месяцев – так
впервые было доказано, что бактерии могут не просто выживать в экстремальных
условиях, но и под воздействием сильнейшей радиации трансформироваться в более
сильные организмы. После возвращения Александра Сереброва на Землю, симптомы
странного заболевания стали усиливаться. Сильнейшие боли в области живота, тошнота и
постоянная слабость не давали нормально жить. За помощью Александр Серебров
обратился в институт эпидемиологии и микробиологии, но поставить точный диагноз
врачи не смогли. Герой Советского Союза, Александр Серебров: “Они говорят: Ну у Вас
дрожжевая бактерия в кишечнике, но у нас на Земле аналогов нет – это мутант, поэтому
мы не знаем как ее лечить.” Александр Серебров понимает, что скорее всего, он никогда
уже не поправится. Космонавту остается надеяться только на то, что у вируса не
проявятся новые симптомы. Станцию “МИР”, всю поросшую космическими грибами, в
2001 году затопили в Тихом океане. Ученые уверяли – станция прошла термообработку
через атмосферу, в такой печке ни одни микробы не выживут. Но, признавали – до конца
свойства мутировавшей в невесомости плесени не известны. Станцию затопили но, что
если космические бактерии выжили? Что сейчас происходит на глубине, где покоятся
остатки “МИРА” – неизвестно. Существует ли угроза того, что из водных глубин на
землю придет неизвестный вирус?
3.Осознание и осмысление
1.В лежащей на столе брусок попадает пуля, можно ли применить закон сохранения
импульса, ведь на пулю и брусок действуют внешние силы, сила тяжести, сила реакции
опоры, сила трения
2.Как будет двигаться ракета, если сумма всех сил действующих на ракету = 0
(равномерно),а если на нее действует постоянная сила?(равноускоренно)
3..Метеорит сгорает в атмосфере, не достигая поверхности Земли, что происходит при
этом с его импульсом (импульс метеорита передаётся молекулами воздуха – земному
шару)
4.Внутренние силы не могут переместить центр тяжести системы. Почему же летит
ракета, ведь её движут внутренние силы (тяжелая ракета удаляется от места пуска
сравнительно медленно, а газы очень быстро удаляясь в противоположную в сторону
улетают далеко, так что центр тяжести системы ракета- газы остается неподвижным, так
будет в вакууме, а при движении ракеты в воздухе приходится учитывать движение
воздуха и взаимодействие его с Землёй).
5.Сможет ли ракета двигаться в пустоте (нет).
6.Чем отличается реактивный двигатель от ракетного (ракетный может работать там где
нет воздуха, он функционирует на твердом топливе).
7.Самая мощная ракета? («Энергия»,четыре двигателя позволяют доставлять на
околоземную орбиту
груз, равный весу 24 легковых автомобилей.
«Энергия»
предназначена для запуска кораблей многоразового пользования и даже возможно
космического корабля на Марс ).
8.Задачи будущего (создать аппараты, скорость которых будет 10000 км/с, больше υ1 υ2 υ3
скоростей). Существует проекты по созданию фотонных, гравитационных двигателей
которые позволят разгонять корабли до скорости света.
9.Как движутся каракатицы, кальмары, осьминоги, где в технике используется такой
принцип движения?
10.Как движется воздушный шар, выпущенный из рук, не завязанный предварительно?
11.Почему при выстреле ружье надо плотно прижимать к плечу?
12.Почему при ударе возникают большие силы?(за маленькое время происходит большое
изменение импульса)
13.Изменяется ли импульс свободно падающего тела?
14.Почему ракеты делают многоступенчатыми?
15.Как ракета может уменьшить свою скорость в открытом космосе?
Ответы на вопросы (Задачник Генденштейна и Рымкевича)
Д/З Параграф 41 - 44 прочитать.