Propulsión a chorro en tecnología y naturaleza: ejemplos. Biofísica: el movimiento del chorro en la naturaleza viva
Propulsión a chorro en la naturaleza y la tecnología.
RESUMEN DE FÍSICA
Propulsión a Chorro- movimiento que se produce cuando cualquier parte del mismo se separa del cuerpo a una determinada velocidad.
La fuerza reactiva ocurre sin ninguna interacción con cuerpos externos.
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza.
Muchos de nosotros en nuestra vida nos hemos encontrado con medusas mientras nadamos en el mar. En cualquier caso, hay bastantes en el Mar Negro. Pero pocas personas pensaban que las medusas también utilizan la propulsión a chorro para moverse. Además, así se mueven las larvas de libélulas y algunos tipos de plancton marino. Y, a menudo, la eficiencia de los animales invertebrados marinos cuando utilizan propulsión a chorro es mucho mayor que la de los inventos tecnológicos.
Muchos moluscos utilizan la propulsión a chorro: pulpos, calamares y sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de su caparazón durante una fuerte compresión de sus válvulas.
Pulpo
Calamar
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Ella lleva agua a la cavidad branquial a través de una hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja enérgicamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, exprimiendo rápidamente el agua, puede moverse hacia adentro. lados diferentes.
La salpa es un animal marino de cuerpo transparente; al moverse, recibe agua por la abertura frontal, y el agua ingresa a una amplia cavidad, en cuyo interior se estiran las branquias en diagonal. Tan pronto como el animal toma un gran sorbo de agua, el agujero se cierra. Luego, los músculos longitudinales y transversales de la salpa se contraen, todo el cuerpo se contrae y el agua sale a través de la abertura posterior. La reacción del chorro que escapa empuja a la salpa hacia adelante.
El mayor interés es el motor a reacción del calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la mayor perfección en la navegación a reacción. Incluso su cuerpo, con sus formas externas, copia el cohete (o mejor dicho, el cohete copia al calamar, ya que tiene una prioridad indiscutible en esta materia). Cuando se mueve lentamente, el calamar utiliza una gran aleta en forma de diamante que se dobla periódicamente. Utiliza un motor a reacción para lanzar rápidamente. Tejido muscular: el manto rodea el cuerpo del molusco por todos lados; el volumen de su cavidad es casi la mitad del volumen del cuerpo del calamar. El animal succiona agua dentro de la cavidad del manto y luego arroja bruscamente un chorro de agua a través de una boquilla estrecha y retrocede con empujones a gran velocidad. Al mismo tiempo, los diez tentáculos del calamar se juntan formando un nudo sobre su cabeza y adquiere una forma estilizada. La boquilla está equipada válvula especial, y los músculos pueden girarlo, cambiando la dirección del movimiento. El motor de calamar es muy económico, es capaz de alcanzar velocidades de hasta 60 - 70 km/h. (¡Algunos investigadores creen que incluso hasta 150 km/h!) No es de extrañar que al calamar se le llame “torpedo viviente”. Al doblar los tentáculos agrupados hacia la derecha, izquierda, arriba o abajo, el calamar gira en una dirección u otra. Dado que dicho volante es muy grande en comparación con el propio animal, su ligero movimiento es suficiente para que el calamar, incluso a toda velocidad, esquive fácilmente una colisión con un obstáculo. Un giro brusco del volante y el nadador se precipita hacia reverso. Entonces dobló el extremo del embudo hacia atrás y ahora se desliza de cabeza. Lo dobló hacia la derecha y el empujón del jet lo arrojó hacia la izquierda. Pero cuando es necesario nadar rápido, el embudo siempre sobresale justo entre los tentáculos, y el calamar corre con la cola primero, como lo haría un cangrejo de río: un caminante rápido dotado de la agilidad de un corredor.
Si no hay necesidad de apresurarse, los calamares y las sepias nadan con aletas ondulantes: ondas en miniatura los recorren de adelante hacia atrás y el animal se desliza con gracia, empujándose ocasionalmente también con un chorro de agua que sale de debajo del manto. Entonces son claramente visibles los impactos individuales que recibe el molusco en el momento de la erupción de los chorros de agua. Algunos cefalópodos pueden alcanzar velocidades de hasta cincuenta y cinco kilómetros por hora. Parece que nadie ha realizado mediciones directas, pero esto se puede juzgar por la velocidad y el rango de vuelo de los calamares voladores. ¡Y resulta que los pulpos tienen esos talentos en su familia! El mejor piloto entre los moluscos es el calamar Stenoteuthis. Los marineros ingleses lo llaman calamar volador (“flying squid”). Este es un animal pequeño del tamaño de un arenque. Persigue a los peces con tal velocidad que a menudo salta fuera del agua, rozando su superficie como una flecha. Recurre a este truco para salvar su vida de los depredadores: el atún y la caballa. Habiendo desarrollado el máximo empuje en el agua, el calamar piloto despega en el aire y vuela sobre las olas a lo largo de más de cincuenta metros. El apogeo del vuelo de un cohete viviente se encuentra tan alto sobre el agua que los calamares voladores a menudo terminan en las cubiertas de los barcos que navegan por el océano. De cuatro a cinco metros no es una altura récord a la que los calamares se elevan hacia el cielo. A veces vuelan incluso más alto.
El investigador inglés de moluscos Dr. Rees describió en articulo cientifico un calamar (de sólo 16 centímetros de largo), que, habiendo volado una distancia considerable por el aire, cayó sobre el puente del yate, que se elevaba casi siete metros sobre el agua.
Sucede que muchos calamares voladores caen sobre el barco en una cascada brillante. El antiguo escritor Trebius Niger contó una vez una triste historia sobre un barco que supuestamente se hundió bajo el peso de los calamares voladores que cayeron sobre su cubierta. Los calamares pueden despegar sin aceleración.
Los pulpos también pueden volar. El naturalista francés Jean Verani vio cómo un pulpo común y corriente aceleraba en un acuario y de repente saltaba del agua hacia atrás. Después de describir un arco de unos cinco metros de largo en el aire, se dejó caer nuevamente en el acuario. Al coger velocidad para saltar, el pulpo se movía no sólo gracias al empuje del jet, sino que también remaba con sus tentáculos.
Los pulpos holgados nadan, por supuesto, peor que los calamares, pero en momentos críticos pueden mostrar una clase récord para los mejores velocistas. El personal del Acuario de California intentó fotografiar a un pulpo atacando a un cangrejo. El pulpo se abalanzó sobre su presa con tal velocidad que la película, incluso cuando se filmaba a máxima velocidad, siempre contenía grasa. ¡Esto significa que el lanzamiento duró centésimas de segundo! Normalmente, los pulpos nadan relativamente lento. Joseph Seinl, que estudió las migraciones de los pulpos, calculó: un pulpo de medio metro nada en el mar con velocidad media unos quince kilómetros por hora. Cada chorro de agua que sale del embudo lo empuja hacia adelante (o mejor dicho, hacia atrás, ya que el pulpo nada hacia atrás) de dos a dos metros y medio.
El movimiento del chorro también se puede encontrar en el mundo vegetal. Por ejemplo, los frutos maduros del "pepino loco", con el más mínimo toque, rebotan en el tallo y por el agujero resultante se arroja con fuerza un líquido pegajoso con semillas. El propio pepino sale volando en dirección opuesta hasta 12 m.
Conociendo la ley de conservación del impulso, puedes cambiar tu propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si estás en un bote y tienes varias piedras pesadas, lanzar piedras en una dirección determinada te moverá en la dirección opuesta. Lo mismo sucederá en el espacio exterior, pero allí se utilizan motores a reacción para ello.
Todo el mundo sabe que un disparo de arma va acompañado de retroceso. Si el peso de la bala fuera igual al peso del arma, se separarían a la misma velocidad. El retroceso se produce porque la masa de gases expulsada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede garantizar el movimiento tanto en el aire como en un espacio sin aire. Y cuanto mayor es la masa y la velocidad de los gases que fluyen, mayor es la fuerza de retroceso que siente nuestro hombro, que reacción más fuerte armas, mayor será la fuerza de reacción.
Aplicación de la propulsión a chorro en la tecnología.
Durante muchos siglos, la humanidad ha soñado con vuelos espaciales. Los escritores de ciencia ficción ofrecieron más diferentes medios para alcanzar esta meta. En el siglo XVII apareció una historia del escritor francés Cyrano de Bergerac sobre un vuelo a la luna. El héroe de esta historia llegó a la Luna en un carro de hierro, sobre el que constantemente arrojaba imán fuerte. Atraído por él, el carro se elevó cada vez más sobre la Tierra hasta llegar a la Luna. Y el barón Munchausen dijo que subió a la luna a lo largo de un tallo de frijol.
A finales del primer milenio d.C., China inventó propulsión a Chorro, que impulsaban cohetes: tubos de bambú llenos de pólvora, también se utilizaban como diversión. Uno de los primeros proyectos de automóviles también fue con motor a reacción y este proyecto perteneció a Newton.
El autor del primer proyecto mundial de un avión a reacción destinado al vuelo humano fue el revolucionario ruso N.I. Kibalchich. Fue ejecutado el 3 de abril de 1881 por su participación en el intento de asesinato del emperador Alejandro II. Desarrolló su proyecto en prisión tras ser condenado a muerte. Kibalchich escribió: “Estando en prisión, unos días antes de mi muerte, estoy escribiendo este proyecto. Creo en la viabilidad de mi idea, y esta fe me sostiene en mi terrible situación... Enfrentaré la muerte con calma, sabiendo que mi idea no morirá conmigo”.
La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903 apareció impreso un artículo del profesor del gimnasio de Kaluga, K.E. Tsiolkovsky "Exploración de los espacios del mundo utilizando instrumentos reactivos". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que describía el movimiento de un cuerpo de masa variable. Posteriormente, desarrolló un diseño para un motor de cohete de combustible líquido, propuso un diseño de cohete de múltiples etapas y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita terrestre baja. Demostró que el único dispositivo capaz de vencer la gravedad es un cohete, es decir. un dispositivo con un motor a reacción que utiliza combustible y oxidante ubicado en el propio dispositivo.
Propulsión a Chorro- movimiento que se produce cuando cualquier parte del mismo se separa del cuerpo a una determinada velocidad.
La fuerza reactiva ocurre sin ninguna interacción con cuerpos externos.
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza.
Muchos de nosotros en nuestra vida nos hemos encontrado con medusas mientras nadamos en el mar. En cualquier caso, hay bastantes en el Mar Negro. Pero pocas personas están a favor
Pensé que las medusas también usan propulsión a chorro para moverse. Además, así se mueven las larvas de libélulas y algunos tipos de plancton marino. Y, a menudo, la eficiencia de los animales invertebrados marinos cuando utilizan propulsión a chorro es mucho mayor que la de los inventos tecnológicos.
Muchos moluscos utilizan la propulsión a chorro: pulpos, calamares y sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de su caparazón durante una fuerte compresión de sus válvulas.
Pulpo
Calamar
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Ella lleva agua a la cavidad branquial a través de una hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja enérgicamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, exprimiendo rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
La salpa es un animal marino de cuerpo transparente; al moverse, recibe agua por la abertura frontal, y el agua ingresa a una amplia cavidad, en cuyo interior se estiran las branquias en diagonal. Tan pronto como el animal toma un gran sorbo de agua, el agujero se cierra. Luego, los músculos longitudinales y transversales de la salpa se contraen, todo el cuerpo se contrae y el agua sale a través de la abertura posterior. La reacción del chorro que escapa empuja a la salpa hacia adelante.
El mayor interés es el motor a reacción del calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la mayor perfección en la navegación a reacción. Incluso su cuerpo, con sus formas externas, copia el cohete (o mejor dicho, el cohete copia al calamar, ya que tiene una prioridad indiscutible en esta materia). Cuando se mueve lentamente, el calamar utiliza una gran aleta en forma de diamante que se dobla periódicamente. Utiliza un motor a reacción para lanzar rápidamente. Tejido muscular: el manto rodea el cuerpo del molusco por todos lados; el volumen de su cavidad es casi la mitad del volumen del cuerpo del calamar. El animal succiona agua dentro de la cavidad del manto y luego arroja bruscamente un chorro de agua a través de una boquilla estrecha y retrocede con empujones a gran velocidad. Al mismo tiempo, los diez tentáculos del calamar se juntan formando un nudo sobre su cabeza y adquiere una forma estilizada. La boquilla está equipada con una válvula especial y los músculos pueden girarla cambiando la dirección del movimiento. El motor de calamar es muy económico, es capaz de alcanzar velocidades de hasta 60 - 70 km/h. (¡Algunos investigadores creen que incluso hasta 150 km/h!) No es de extrañar que al calamar se le llame “torpedo viviente”. Al doblar los tentáculos agrupados hacia la derecha, izquierda, arriba o abajo, el calamar gira en una dirección u otra. Dado que dicho volante es muy grande en comparación con el propio animal, su ligero movimiento es suficiente para que el calamar, incluso a toda velocidad, esquive fácilmente una colisión con un obstáculo. Un giro brusco del volante y el nadador corre en la dirección opuesta. Entonces dobló el extremo del embudo hacia atrás y ahora se desliza de cabeza. Lo dobló hacia la derecha y el empujón del jet lo arrojó hacia la izquierda. Pero cuando es necesario nadar rápido, el embudo siempre sobresale justo entre los tentáculos, y el calamar corre con la cola primero, como lo haría un cangrejo de río: un caminante rápido dotado de la agilidad de un corredor.
Si no hay necesidad de apresurarse, los calamares y las sepias nadan con aletas ondulantes: ondas en miniatura los recorren de adelante hacia atrás y el animal se desliza con gracia, empujándose ocasionalmente también con un chorro de agua que sale de debajo del manto. Entonces son claramente visibles los impactos individuales que recibe el molusco en el momento de la erupción de los chorros de agua. Algunos cefalópodos pueden alcanzar velocidades de hasta cincuenta y cinco kilómetros por hora. Parece que nadie ha realizado mediciones directas, pero esto se puede juzgar por la velocidad y el rango de vuelo de los calamares voladores. ¡Y resulta que los pulpos tienen esos talentos en su familia! El mejor piloto entre los moluscos es el calamar Stenoteuthis. Los marineros ingleses lo llaman calamar volador (“flying squid”). Este es un animal pequeño del tamaño de un arenque. Persigue a los peces con tal velocidad que a menudo salta fuera del agua, rozando su superficie como una flecha. Recurre a este truco para salvar su vida de los depredadores: el atún y la caballa. Habiendo desarrollado el máximo empuje en el agua, el calamar piloto despega en el aire y vuela sobre las olas a lo largo de más de cincuenta metros. El apogeo del vuelo de un cohete viviente se encuentra tan alto sobre el agua que los calamares voladores a menudo terminan en las cubiertas de los barcos que navegan por el océano. De cuatro a cinco metros no es una altura récord a la que los calamares se elevan hacia el cielo. A veces vuelan incluso más alto.
El investigador inglés de moluscos Dr. Rees describió en un artículo científico un calamar (de sólo 16 centímetros de largo) que, después de volar una distancia considerable por el aire, cayó sobre el puente de un yate, que se elevaba casi siete metros sobre el agua.
Sucede que muchos calamares voladores caen sobre el barco en una cascada brillante. El antiguo escritor Trebius Niger contó una vez una triste historia sobre un barco que supuestamente se hundió bajo el peso de los calamares voladores que cayeron sobre su cubierta. Los calamares pueden despegar sin aceleración.
Los pulpos también pueden volar. El naturalista francés Jean Verani vio cómo un pulpo común y corriente aceleraba en un acuario y de repente saltaba del agua hacia atrás. Después de describir un arco de unos cinco metros de largo en el aire, se dejó caer nuevamente en el acuario. Al coger velocidad para saltar, el pulpo se movía no sólo gracias al empuje del jet, sino que también remaba con sus tentáculos. Los pulpos holgados nadan, por supuesto, peor que los calamares, pero en momentos críticos pueden mostrar una clase récord para los mejores velocistas. El personal del Acuario de California intentó fotografiar a un pulpo atacando a un cangrejo. El pulpo se abalanzó sobre su presa con tal velocidad que la película, incluso cuando se filmaba a máxima velocidad, siempre contenía grasa. ¡Esto significa que el lanzamiento duró centésimas de segundo! Normalmente, los pulpos nadan relativamente lento. Joseph Seinl, que estudió las migraciones de los pulpos, calculó: un pulpo de medio metro nada por el mar a una velocidad media de unos quince kilómetros por hora. Cada chorro de agua que sale del embudo lo empuja hacia adelante (o mejor dicho, hacia atrás, ya que el pulpo nada hacia atrás) de dos a dos metros y medio.
El movimiento del chorro también se puede encontrar en el mundo vegetal. Por ejemplo, los frutos maduros del "pepino loco", con el más mínimo toque, rebotan en el tallo y por el agujero resultante se arroja con fuerza un líquido pegajoso con semillas. El propio pepino sale volando en dirección opuesta hasta 12 m.
HE HECHO EL TRABAJO:
ESTUDIANTE 10 KL
SADOV DMITRY
Propulsión a Chorro- movimiento que se produce cuando cualquier parte del mismo se separa del cuerpo a una determinada velocidad.
La fuerza reactiva ocurre sin ninguna interacción con cuerpos externos.
Aplicación de la propulsión a chorro en la tecnología.
La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903, apareció impreso un artículo de un profesor del gimnasio de Kaluga, "Exploración de los espacios del mundo utilizando instrumentos a reacción". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que describía el movimiento de un cuerpo de masa variable. Posteriormente, desarrolló un diseño para un motor de cohete de combustible líquido, propuso un diseño de cohete de múltiples etapas y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita terrestre baja. Demostró que el único dispositivo capaz de vencer la gravedad es un cohete, es decir, un dispositivo con un motor a reacción que utiliza combustible y un oxidante ubicado en el propio dispositivo.
motor a reacción Es un motor que convierte la energía química del combustible en energía cinética de un chorro de gas, mientras el motor adquiere velocidad en sentido contrario.
La idea fue implementada por científicos soviéticos bajo el liderazgo del académico Sergei Pavlovich Korolev. El primer satélite terrestre artificial de la historia fue lanzado mediante un cohete en la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957.
El principio de propulsión a chorro se utiliza ampliamente. uso práctico en aviación y astronáutica. En el espacio exterior no existe ningún medio con el que un cuerpo pueda interactuar y así cambiar la dirección y magnitud de su velocidad, por lo que solo se pueden utilizar aviones a reacción para vuelos espaciales. aviones, es decir, cohetes.
Dispositivo cohete
El movimiento de un cohete se basa en la ley de conservación del impulso. Si en algún momento cualquier cuerpo es arrojado desde el cohete, adquirirá el mismo impulso, pero dirigido en sentido contrario.
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La parte más masiva del cohete, destinada al lanzamiento y la aceleración de todo el cohete, se denomina primera etapa. Cuando la primera etapa masiva de un cohete de múltiples etapas agota todas sus reservas de combustible durante la aceleración, se separa. La segunda etapa, menos masiva, continúa la aceleración adicional, agrega algo más de velocidad a la velocidad alcanzada anteriormente con la ayuda de la primera etapa y luego se separa. La tercera etapa continúa aumentando la velocidad hasta el valor requerido y coloca la carga útil en órbita.
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza.
Muchos moluscos utilizan la propulsión a chorro: pulpos, calamares y sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de su caparazón durante una fuerte compresión de sus válvulas.
Pulpo
Calamar
Medusa
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Ella lleva agua a la cavidad branquial a través de una hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja enérgicamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, exprimiendo rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
El mayor interés es el motor a reacción del calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la mayor perfección en la navegación a reacción. Incluso su cuerpo, con sus formas externas, copia el cohete (o mejor dicho, el cohete copia al calamar, ya que tiene una prioridad indiscutible en esta materia). Cuando se mueve lentamente, el calamar utiliza una gran aleta en forma de diamante que se dobla periódicamente. Utiliza un motor a reacción para lanzar rápidamente. Tejido muscular: el manto rodea el cuerpo del molusco por todos lados; el volumen de su cavidad es casi la mitad del volumen del cuerpo del calamar. El animal succiona agua dentro de la cavidad del manto y luego arroja bruscamente un chorro de agua a través de una boquilla estrecha y retrocede con empujones a gran velocidad. Al mismo tiempo, los diez tentáculos del calamar se juntan formando un nudo sobre su cabeza y adquiere una forma estilizada. La boquilla está equipada con una válvula especial y los músculos pueden girarla cambiando la dirección del movimiento. El motor de calamar es muy económico, es capaz de alcanzar velocidades de hasta 60 - 70 km/h. (¡Algunos investigadores creen que incluso hasta 150 km/h!) No es de extrañar que al calamar se le llame “torpedo viviente”. Al doblar los tentáculos agrupados hacia la derecha, izquierda, arriba o abajo, el calamar gira en una dirección u otra.
El movimiento del chorro también se puede encontrar en el mundo vegetal. Por ejemplo, los frutos maduros del "pepino loco", con el más mínimo toque, rebotan en el tallo y por el agujero resultante se arroja con fuerza un líquido pegajoso con semillas. El propio pepino sale volando en dirección opuesta hasta 12 m.
Conociendo la ley de conservación del impulso, puedes cambiar tu propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si estás en un bote y tienes varias piedras pesadas, lanzar piedras en una dirección determinada te moverá en la dirección opuesta. Lo mismo sucederá en el espacio exterior, pero allí se utilizan motores a reacción para ello.
Todo el mundo sabe que un disparo de arma va acompañado de retroceso. Si el peso de la bala fuera igual al peso del arma, se separarían a la misma velocidad. El retroceso se produce porque la masa de gases expulsada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede garantizar el movimiento tanto en el aire como en un espacio sin aire. Y cuanto mayor es la masa y la velocidad de los gases que fluyen, mayor es la fuerza de retroceso que siente nuestro hombro, más fuerte es la reacción del arma, mayor es la fuerza reactiva.
Movimiento de chorro en la naturaleza."
Completado por el estudiante:
10 clase "A"
Kaklyugina Ekaterina.
Propulsión a Chorro- movimiento que se produce cuando cualquier parte del mismo se separa del cuerpo a una determinada velocidad.
Muchos de nosotros en nuestra vida nos hemos encontrado con medusas mientras nadamos en el mar. En cualquier caso, hay bastantes en el Mar Negro. Pero pocas personas pensaban que las medusas también utilizan la propulsión a chorro para moverse. Además, así se mueven las larvas de libélulas y algunos tipos de plancton marino. Y, a menudo, la eficiencia de los animales invertebrados marinos cuando utilizan propulsión a chorro es mucho mayor que la de los inventos tecnológicos.
Muchos moluscos utilizan la propulsión a chorro: pulpos, calamares y sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de su caparazón durante una fuerte compresión de sus válvulas.
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Ella lleva agua a la cavidad branquial a través de una hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja enérgicamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, exprimiendo rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
El movimiento del chorro también se puede encontrar en el mundo vegetal. Por ejemplo, los frutos maduros del "pepino loco", con el más mínimo toque, rebotan en el tallo y por el agujero resultante se arroja con fuerza un líquido pegajoso con semillas. El propio pepino sale volando en dirección opuesta hasta 12 m.
Conociendo la ley de conservación del impulso, puedes cambiar tu propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si estás en un bote y tienes varias piedras pesadas, lanzar piedras en una dirección determinada te moverá en la dirección opuesta. Lo mismo sucederá en el espacio exterior, pero allí se utilizan motores a reacción para ello.
Todo el mundo sabe que un disparo de arma va acompañado de retroceso. Si el peso de la bala fuera igual al peso del arma, se separarían a la misma velocidad. El retroceso se produce porque la masa de gases expulsada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede garantizar el movimiento tanto en el aire como en un espacio sin aire. Y cuanto mayor es la masa y la velocidad de los gases que fluyen, mayor es la fuerza de retroceso que siente nuestro hombro, más fuerte es la reacción del arma, mayor es la fuerza reactiva.
Aplicación de la propulsión a chorro en la tecnología.
Durante muchos siglos, la humanidad ha soñado con vuelos espaciales. Los escritores de ciencia ficción han propuesto una variedad de medios para lograr este objetivo. En el siglo XVII apareció una historia del escritor francés Cyrano de Bergerac sobre un vuelo a la luna. El héroe de esta historia llegó a la Luna en un carro de hierro, sobre el cual lanzaba constantemente un fuerte imán. Atraído por él, el carro se elevó cada vez más sobre la Tierra hasta llegar a la Luna. Y el barón Munchausen dijo que subió a la luna a lo largo de un tallo de frijol.
A finales del primer milenio d.C., China inventó la propulsión a chorro, que impulsaba cohetes: tubos de bambú llenos de pólvora, que también se utilizaban como diversión. Uno de los primeros proyectos de automóviles también fue con motor a reacción y este proyecto perteneció a Newton.
El autor del primer proyecto mundial de un avión a reacción destinado al vuelo humano fue el revolucionario ruso N.I. Kibalchich. Fue ejecutado el 3 de abril de 1881 por su participación en el intento de asesinato del emperador Alejandro II. Desarrolló su proyecto en prisión tras ser condenado a muerte. Kibalchich escribió: “Estando en prisión, unos días antes de mi muerte, estoy escribiendo este proyecto. Creo en la viabilidad de mi idea, y esta fe me sostiene en mi terrible situación... Enfrentaré la muerte con calma, sabiendo que mi idea no morirá conmigo”. La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903 apareció impreso un artículo del profesor del gimnasio de Kaluga, K.E. Tsiolkovsky "Exploración de los espacios del mundo utilizando instrumentos reactivos". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que describía el movimiento de un cuerpo de masa variable. Posteriormente, desarrolló un diseño para un motor de cohete de combustible líquido, propuso un diseño de cohete de múltiples etapas y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita terrestre baja. Demostró que el único dispositivo capaz de vencer la gravedad es un cohete, es decir. un dispositivo con un motor a reacción que utiliza combustible y oxidante ubicado en el propio dispositivo.
Propulsión a chorro en la naturaleza y la tecnología.
RESUMEN DE FÍSICA
Propulsión a Chorro- movimiento que se produce cuando cualquier parte del mismo se separa del cuerpo a una determinada velocidad.
La fuerza reactiva ocurre sin ninguna interacción con cuerpos externos.
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza.
Muchos de nosotros en nuestra vida nos hemos encontrado con medusas mientras nadamos en el mar. En cualquier caso, hay bastantes en el Mar Negro. Pero pocas personas pensaban que las medusas también utilizan la propulsión a chorro para moverse. Además, así se mueven las larvas de libélulas y algunos tipos de plancton marino. Y, a menudo, la eficiencia de los animales invertebrados marinos cuando utilizan propulsión a chorro es mucho mayor que la de los inventos tecnológicos.
Muchos moluscos utilizan la propulsión a chorro: pulpos, calamares y sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de su caparazón durante una fuerte compresión de sus válvulas.
Pulpo
Calamar
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Ella lleva agua a la cavidad branquial a través de una hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja enérgicamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, exprimiendo rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
La salpa es un animal marino de cuerpo transparente; al moverse, recibe agua por la abertura frontal, y el agua ingresa a una amplia cavidad, en cuyo interior se estiran las branquias en diagonal. Tan pronto como el animal toma un gran sorbo de agua, el agujero se cierra. Luego, los músculos longitudinales y transversales de la salpa se contraen, todo el cuerpo se contrae y el agua sale a través de la abertura posterior. La reacción del chorro que escapa empuja a la salpa hacia adelante.
El mayor interés es el motor a reacción del calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la mayor perfección en la navegación a reacción. Incluso su cuerpo, con sus formas externas, copia el cohete (o mejor dicho, el cohete copia al calamar, ya que tiene una prioridad indiscutible en esta materia). Cuando se mueve lentamente, el calamar utiliza una gran aleta en forma de diamante que se dobla periódicamente. Utiliza un motor a reacción para lanzar rápidamente. Tejido muscular: el manto rodea el cuerpo del molusco por todos lados; el volumen de su cavidad es casi la mitad del volumen del cuerpo del calamar. El animal succiona agua dentro de la cavidad del manto y luego arroja bruscamente un chorro de agua a través de una boquilla estrecha y retrocede con empujones a gran velocidad. Al mismo tiempo, los diez tentáculos del calamar se juntan formando un nudo sobre su cabeza y adquiere una forma estilizada. La boquilla está equipada con una válvula especial y los músculos pueden girarla cambiando la dirección del movimiento. El motor de calamar es muy económico, es capaz de alcanzar velocidades de hasta 60 - 70 km/h. (¡Algunos investigadores creen que incluso hasta 150 km/h!) No es de extrañar que al calamar se le llame “torpedo viviente”. Al doblar los tentáculos agrupados hacia la derecha, izquierda, arriba o abajo, el calamar gira en una dirección u otra. Dado que dicho volante es muy grande en comparación con el propio animal, su ligero movimiento es suficiente para que el calamar, incluso a toda velocidad, esquive fácilmente una colisión con un obstáculo. Un giro brusco del volante y el nadador corre en la dirección opuesta. Entonces dobló el extremo del embudo hacia atrás y ahora se desliza de cabeza. Lo dobló hacia la derecha y el empujón del jet lo arrojó hacia la izquierda. Pero cuando es necesario nadar rápido, el embudo siempre sobresale justo entre los tentáculos, y el calamar corre con la cola primero, como lo haría un cangrejo de río: un caminante rápido dotado de la agilidad de un corredor.
Si no hay necesidad de apresurarse, los calamares y las sepias nadan con aletas ondulantes: ondas en miniatura los recorren de adelante hacia atrás y el animal se desliza con gracia, empujándose ocasionalmente también con un chorro de agua que sale de debajo del manto. Entonces son claramente visibles los impactos individuales que recibe el molusco en el momento de la erupción de los chorros de agua. Algunos cefalópodos pueden alcanzar velocidades de hasta cincuenta y cinco kilómetros por hora. Parece que nadie ha realizado mediciones directas, pero esto se puede juzgar por la velocidad y el rango de vuelo de los calamares voladores. ¡Y resulta que los pulpos tienen esos talentos en su familia! El mejor piloto entre los moluscos es el calamar Stenoteuthis. Los marineros ingleses lo llaman calamar volador (“flying squid”). Este es un animal pequeño del tamaño de un arenque. Persigue a los peces con tal velocidad que a menudo salta fuera del agua, rozando su superficie como una flecha. Recurre a este truco para salvar su vida de los depredadores: el atún y la caballa. Habiendo desarrollado el máximo empuje en el agua, el calamar piloto despega en el aire y vuela sobre las olas a lo largo de más de cincuenta metros. El apogeo del vuelo de un cohete viviente se encuentra tan alto sobre el agua que los calamares voladores a menudo terminan en las cubiertas de los barcos que navegan por el océano. De cuatro a cinco metros no es una altura récord a la que los calamares se elevan hacia el cielo. A veces vuelan incluso más alto.
El investigador inglés de moluscos Dr. Rees describió en un artículo científico un calamar (de sólo 16 centímetros de largo) que, después de volar una distancia considerable por el aire, cayó sobre el puente de un yate, que se elevaba casi siete metros sobre el agua.
Sucede que muchos calamares voladores caen sobre el barco en una cascada brillante. El antiguo escritor Trebius Niger contó una vez una triste historia sobre un barco que supuestamente se hundió bajo el peso de los calamares voladores que cayeron sobre su cubierta. Los calamares pueden despegar sin aceleración.
Los pulpos también pueden volar. El naturalista francés Jean Verani vio cómo un pulpo común y corriente aceleraba en un acuario y de repente saltaba del agua hacia atrás. Después de describir un arco de unos cinco metros de largo en el aire, se dejó caer nuevamente en el acuario. Al coger velocidad para saltar, el pulpo se movía no sólo gracias al empuje del jet, sino que también remaba con sus tentáculos.
Los pulpos holgados nadan, por supuesto, peor que los calamares, pero en momentos críticos pueden mostrar una clase récord para los mejores velocistas. El personal del Acuario de California intentó fotografiar a un pulpo atacando a un cangrejo. El pulpo se abalanzó sobre su presa con tal velocidad que la película, incluso cuando se filmaba a máxima velocidad, siempre contenía grasa. ¡Esto significa que el lanzamiento duró centésimas de segundo! Normalmente, los pulpos nadan relativamente lento. Joseph Seinl, que estudió las migraciones de los pulpos, calculó: un pulpo de medio metro nada por el mar a una velocidad media de unos quince kilómetros por hora. Cada chorro de agua que sale del embudo lo empuja hacia adelante (o mejor dicho, hacia atrás, ya que el pulpo nada hacia atrás) de dos a dos metros y medio.
El movimiento del chorro también se puede encontrar en el mundo vegetal. Por ejemplo, los frutos maduros del "pepino loco", con el más mínimo toque, rebotan en el tallo y por el agujero resultante se arroja con fuerza un líquido pegajoso con semillas. El propio pepino sale volando en dirección opuesta hasta 12 m.
Conociendo la ley de conservación del impulso, puedes cambiar tu propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si estás en un bote y tienes varias piedras pesadas, lanzar piedras en una dirección determinada te moverá en la dirección opuesta. Lo mismo sucederá en el espacio exterior, pero allí se utilizan motores a reacción para ello.
Todo el mundo sabe que un disparo de arma va acompañado de retroceso. Si el peso de la bala fuera igual al peso del arma, se separarían a la misma velocidad. El retroceso se produce porque la masa de gases expulsada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede garantizar el movimiento tanto en el aire como en un espacio sin aire. Y cuanto mayor es la masa y la velocidad de los gases que fluyen, mayor es la fuerza de retroceso que siente nuestro hombro, más fuerte es la reacción del arma, mayor es la fuerza reactiva.
Aplicación de la propulsión a chorro en la tecnología.
Durante muchos siglos, la humanidad ha soñado con vuelos espaciales. Los escritores de ciencia ficción han propuesto una variedad de medios para lograr este objetivo. En el siglo XVII apareció una historia del escritor francés Cyrano de Bergerac sobre un vuelo a la luna. El héroe de esta historia llegó a la Luna en un carro de hierro, sobre el cual lanzaba constantemente un fuerte imán. Atraído por él, el carro se elevó cada vez más sobre la Tierra hasta llegar a la Luna. Y el barón Munchausen dijo que subió a la luna a lo largo de un tallo de frijol.
A finales del primer milenio d.C., China inventó la propulsión a chorro, que impulsaba cohetes: tubos de bambú llenos de pólvora, que también se utilizaban como diversión. Uno de los primeros proyectos de automóviles también fue con motor a reacción y este proyecto perteneció a Newton.
El autor del primer proyecto mundial de un avión a reacción destinado al vuelo humano fue el revolucionario ruso N.I. Kibalchich. Fue ejecutado el 3 de abril de 1881 por su participación en el intento de asesinato del emperador Alejandro II. Desarrolló su proyecto en prisión tras ser condenado a muerte. Kibalchich escribió: “Estando en prisión, unos días antes de mi muerte, estoy escribiendo este proyecto. Creo en la viabilidad de mi idea, y esta fe me sostiene en mi terrible situación... Enfrentaré la muerte con calma, sabiendo que mi idea no morirá conmigo”.
La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903 apareció impreso un artículo del profesor del gimnasio de Kaluga, K.E. Tsiolkovsky "Exploración de los espacios del mundo utilizando instrumentos reactivos". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que describía el movimiento de un cuerpo de masa variable. Posteriormente, desarrolló un diseño para un motor de cohete de combustible líquido, propuso un diseño de cohete de múltiples etapas y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita terrestre baja. Demostró que el único dispositivo capaz de vencer la gravedad es un cohete, es decir. un dispositivo con un motor a reacción que utiliza combustible y oxidante ubicado en el propio dispositivo.
motor a reacción Es un motor que convierte la energía química del combustible en energía cinética de un chorro de gas, mientras el motor adquiere velocidad en sentido contrario.
La idea de K.E. Tsiolkovsky fue implementada por científicos soviéticos bajo el liderazgo del académico Sergei Pavlovich Korolev. El primer satélite terrestre artificial de la historia fue lanzado mediante un cohete en la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957.
El principio de propulsión a chorro encuentra una amplia aplicación práctica en la aviación y la astronáutica. En el espacio exterior no existe ningún medio con el que un cuerpo pueda interactuar y así cambiar la dirección y la magnitud de su velocidad, por lo que para vuelos espaciales sólo se pueden utilizar aviones a reacción, es decir, cohetes.
Dispositivo cohete
El movimiento de un cohete se basa en la ley de conservación del impulso. Si en algún momento cualquier cuerpo es arrojado desde el cohete, adquirirá el mismo impulso, pero dirigido en sentido contrario.
Cualquier cohete, independientemente de su diseño, siempre tiene un proyectil y combustible con un oxidante. El proyectil del cohete incluye la carga útil (en en este caso se trata de una nave espacial), el compartimento de instrumentos y el motor (cámara de combustión, bombas, etc.).
La masa principal del cohete es combustible con un oxidante (el oxidante es necesario para mantener la combustión del combustible, ya que no hay oxígeno en el espacio).
El combustible y el oxidante se suministran a la cámara de combustión mediante bombas. Cuando el combustible se quema, se convierte en gas a alta temperatura y alta presión. Debido a la gran diferencia de presión entre la cámara de combustión y el espacio exterior, los gases de la cámara de combustión salen en un potente chorro a través de un casquillo de forma especial llamado boquilla. El objetivo de la boquilla es aumentar la velocidad del chorro.
Antes del lanzamiento del cohete, su impulso es cero. Como resultado de la interacción del gas en la cámara de combustión y todas las demás partes del cohete, el gas que escapa a través de la boquilla recibe algún impulso. Entonces el cohete es sistema cerrado, y su impulso total debería ser cero después del lanzamiento. Por tanto, toda la carcasa del cohete que se encuentra en él recibe un impulso igual en magnitud al impulso del gas, pero de dirección opuesta.
La parte más masiva del cohete, destinada al lanzamiento y la aceleración de todo el cohete, se denomina primera etapa. Cuando la primera etapa masiva de un cohete de múltiples etapas agota todas sus reservas de combustible durante la aceleración, se separa. La segunda etapa, menos masiva, continúa la aceleración adicional, agrega algo más de velocidad a la velocidad alcanzada anteriormente con la ayuda de la primera etapa y luego se separa. La tercera etapa continúa aumentando la velocidad hasta el valor requerido y coloca la carga útil en órbita.
La primera persona en volar al espacio exterior fue un ciudadano Unión Soviética Yuri Alekséyevich Gagarin. 12 de abril de 1961 Voló Tierra en el barco satélite "Vostok"
Los cohetes soviéticos fueron los primeros en llegar a la Luna, rodearon la Luna y fotografiaron su lado invisible desde la Tierra, y fueron los primeros en llegar al planeta Venus y llevar instrumentos científicos a su superficie. En 1986, dos soviéticos astronave Vega 1 y Vega 2 examinaron de cerca el cometa Halley, que se acerca al Sol una vez cada 76 años.