Fizyka. Ruchy strumieniowe w przyrodzie i technologii
Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii -bardzo powszechne zjawisko. W naturze występuje, gdy jedna część ciała oddziela się z pewną prędkością od innej części. W tym przypadku siła reaktywna pojawia się bez interakcji danego organizmu z ciałami zewnętrznymi.
Aby zrozumieć, o co toczy się gra, jest lepiejspójrz tylko na przykłady. Przykłady napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii są liczne. Najpierw porozmawiamy o tym, jak jest ono wykorzystywane przez zwierzęta, a następnie, jak jest ono wykorzystywane w technologii.
Meduzy, larwy ważek, plankton i mięczaki
Wiele osób pływających po morzu poznało meduzę.W każdym razie na Morzu Czarnym brakuje. Jednak nie wszyscy myśleli, że meduza poruszają się za pomocą napędu odrzutowego. Larwy ważek, a także niektórzy przedstawiciele planktonu morskiego, również korzystają z tej samej metody. Wydajność zwierząt morskich bezkręgowych, które go używają, jest często znacznie wyższa niż wynalazków technicznych.
Wiele mięczaków porusza się wokół nassposób. Jako przykład możesz przynieść mątwy, kalmary, ośmiornice. W szczególności muszla mięczak może poruszać się do przodu przy użyciu strumienia wody, który jest wyrzucany z muszli, gdy jej liście kurczą się gwałtownie.
A to tylko kilka przykładów z życia świata zwierząt, które można przytoczyć, odsłaniając temat: "Ruch Jet w codziennym życiu, przyrodzie i technologii".
Jak porusza się mątwa?
Bardzo interesujące pod tym względem i mątwy.Podobnie jak wiele mięczaków głowonogów, porusza się w wodzie za pomocą następującego mechanizmu. Poprzez specjalny lejek, umieszczony z przodu ciała, a także poprzez boczną szczelinę mątwa bierze wodę do swojej jamki skrzelowej. Potem energicznie rzuca nim przez lejek. Rura mątwy kieruje mątwę tyłem lub bokiem. Ten ruch może być wykonywany w różnych kierunkach.
Metoda, która używa salpa
Ciekawy i sposób, w jaki wykorzystuje salpa.To jest nazwa zwierzęcia morskiego o przezroczystym ciele. Salpa podczas jazdy wciąga wodę, wykorzystując do tego przedni otwór. Woda znajduje się w szerokim wgłębieniu, a w jej wnętrzu skrzela znajdują się po przekątnej. Otwór zamyka się, gdy salpa bierze duży łyk wody. Jej mięśnie poprzeczne i podłużne kurczą się, całe ciało zwierzęcia jest ściśnięte. Przez tylną dziurę wypuszczana jest woda. Zwierzę porusza się do przodu z powodu reakcji uciekającego strumienia.
Kałamarnice - "żywe torpedy"
Największe zainteresowanie może byćsilnik odrzutowy, który ma kałamarnica. Zwierzę to jest uważane za największego przedstawiciela bezkręgowców zamieszkujących duże głębiny oceanu. W nawigacji odrzutowej kałamarnica osiągnęła prawdziwą doskonałość. Nawet ciało tych zwierząt przypomina rakietę z zewnętrznymi formami. Jest to raczej rakieta, która kopiuje kalmary, ponieważ to on jest właścicielem niekwestionowanego prymatu w tej dziedzinie. Jeśli potrzebujesz poruszać się powoli, zwierzę używa dużej, płetwiastej żeberki, która wygina się od czasu do czasu. Jeśli potrzebujesz szybkiego rzutu, na ratunek przychodzi silnik odrzutowy.
Ze wszystkich stron ciało mięczaka otoczone jest płaszczem -tkanka mięśniowa. Prawie połowa całkowitej objętości ciała zwierzęcia to objętość jego jamy. Kałamarnica korzysta z komory płaszcza do przemieszczania się, zasysając w niej wodę. Następnie ostro rzuca zebrany strumień wody przez wąską dyszę. W wyniku tego gwałtownie cofa się. W tym przypadku kałamarnica dodaje wszystkie 10 macek do węzła nad głową, aby uzyskać opływowy kształt. Dysza posiada specjalny zawór, który może obracać mięśnie zwierzęcia. W ten sposób zmienia się kierunek ruchu.
Imponująca prędkość ruchu squid
Trzeba powiedzieć, że silnik squidjest ekonomiczne. Szybkość, jaką może rozwinąć, może osiągnąć 60-70 km / h. Niektórzy badacze uważają nawet, że może osiągnąć prędkość do 150 km / h. Jak widać, kałamarnica nazywana jest "żywą torpedą". Może skręcić we właściwym kierunku, schylając się, w górę, w lewo lub w prawo, macki złożone przez wiązkę.
Jak kałamarnica rządzi ruchem
Ponieważ w porównaniu z wielkością samego zwierzęciakierownica jest bardzo duża, więc kalmary mogą łatwo uniknąć kolizji z przeszkodą, nawet poruszając się z maksymalną prędkością, wystarczy tylko niewielki ruch kierowniczy. Jeśli jest ostro skręcony, zwierzę natychmiast rzuca się w przeciwnym kierunku. Kałamarnica wygina koniec lejka, dzięki czemu może już wcześniej przesuwać głowę. Jeśli pochyli go w prawo, zostanie rzucony w lewo przez uderzenie odrzutowca. Jednakże, gdy trzeba szybko pływać, lejek zawsze znajduje się bezpośrednio między mackami. Zwierzę w tym przypadku pędzi ogon do przodu, jak biegacz-pies, jeśli ma prędkość konia.
W przypadku, gdy nie trzeba się spieszyć, mątwy ikalmary pływające, falujące za płetwy. Przed nimi przebiegają miniaturowe fale. Kałamarnicy i mątwa zręcznie ześlizgują się. Od czasu do czasu pchają się strumieniem wody, wyrzucanym spod płaszcza. Oddzielne wstrząsy, które otrzymuje mięczak podczas eksplozji strumienia wody, w takich momentach są wyraźnie widoczne.
Latająca Kałamarnica
Niektóre głowonogi mogą przyspieszyć do 55km / h. Wygląda na to, że nikt nie dokonywał bezpośrednich pomiarów, ale taką liczbę można określić na podstawie zasięgu i prędkości latania kałamarnicy. Okazuje się, że takie są. Kalmar stenotevtis jest najlepszym pilotem wszystkich mięczaków. Angielscy żeglarze nazywają to latającą kałamarnicą (latającą kałamarnicą). To zwierzę, którego zdjęcie przedstawiono powyżej, ma niewielki rozmiar, z około śledzi. On tak szybko ściga ryby, które często wyskakują z wody, zamiatając strzałę nad jej powierzchnią. Ta sztuczka wykorzystuje także w przypadku zagrożenia przez drapieżniki - makrele i tuńczyka. Po rozwinięciu maksymalnego ciągu reaktywnego w wodzie, kalmary zaczynają się w powietrzu, a następnie lecą ponad 50 metrów nad falami. W tym samym czasie apogeum jego lotu jest tak wysokie, że często latające kałamarnice spadają na pokłady statków. Wysokość 4-5 metrów nie jest dla nich żadnym rekordem. Czasami latające kałamarnice wznoszą się jeszcze wyżej.
Dr Rice, badacz mięczaków odWielka Brytania w swoim artykule naukowym opisywała przedstawiciela tych zwierząt, których długość ciała wynosiła zaledwie 16 cm, jednak podczas gdy był w stanie latać w powietrzu w odpowiedniej odległości, a następnie wylądował na moście jachtu. A wysokość tego mostu wynosiła prawie 7 metrów!
Są chwile, kiedy statek upadanatychmiastowy zestaw latającej kałamarnicy. Trebius Niger, pradawny pisarz, opowiadał kiedyś smutną historię o statku, który zdawał się nie być w stanie znieść ciężaru tych morskich zwierząt i zatonął. Ciekawe, że kałamarnica może wystartować nawet bez przetaktowywania.
Latająca ośmiornica
Umiejętność latania ma również ośmiornice.Jean Verani, francuski przyrodnik, obserwował, jak jeden z nich przetaktował się w swoim akwarium, a potem nagle wyskoczył z wody. Zwierzę opisane w powietrzu ma około 5 metrów długości, a następnie trafiło do akwarium. Ośmiornica, zyskując niezbędną prędkość do skoku, poruszała się nie tylko poprzez reaktywny ciąg. Wiosłował też mackami. Ośmiornice są workowate, więc pływają gorzej niż kalmary, ale w momentach krytycznych zwierzęta te są w stanie dać szanse najlepszym sprinterom. Pracownicy kalifornijskiego akwarium chcieli zrobić zdjęcie ośmiornicy atakującej kraba. Jednak ośmiornica, pędząca do swojej ofiary, rozwinęła taką prędkość, że zdjęcia nawet w trybie specjalnym były smarowane. Oznacza to, że rzut trwa ułamek sekundy!
Jednak ośmiornice zwykle pływają dość wolno.Naukowiec Joseph Seinl, który zbadał migrację ośmiornic, stwierdził, że ośmiornica o wielkości 0,5 m pływa ze średnią prędkością około 15 km / h. Każdy strumień wody, który wyrzuca z lejka, napędza go do przodu (a dokładniej, z powrotem, gdy pływa w tył) gdzieś na wysokości 2-2,5 metra.
"Mad Cucumber"
Reaktywny ruch w przyrodzie i technologii może byćrozważ i wykorzystaj do celów ilustracyjnych przykłady ze świata roślin. Jednym z najbardziej znanych jest dojrzewający owoc tak zwanego wściekłego ogórka. Odbijają się od szypułki przy najmniejszym dotyku. Następnie z powstałego otworu wyrzucany jest specjalny klej z dużą siłą, w którym znajdują się nasiona. Sam ogórek leci w przeciwnym kierunku na odległość do 12 metrów.
Prawo zachowania pędu
Pamiętaj też o nim,biorąc pod uwagę ruch odrzutowy w przyrodzie i inżynierii. Znajomość prawa zachowania pędu pozwala nam zmienić, w szczególności, naszą własną szybkość ruchu, jeśli jesteśmy w otwartej przestrzeni. Na przykład siedzisz w łodzi i masz przy sobie kilka kamieni. Jeśli rzucisz je w określonym kierunku, łódź przesunie się w przeciwnym kierunku. W przestrzeni kosmicznej działa to prawo. Jednak do tego celu wykorzystywane są silniki rakietowe.
Co jeszcze można zauważyć przykłady ruchu odrzutowego w przyrodzie i technologii? Bardzo dobrze, prawo zachowania pędu jest zilustrowane na przykładzie pistoletu.
Jak wiesz, strzał od niego jest zawszetowarzyszy powrót. Powiedzmy, że masa pocisku będzie równa masie pistoletu. W tym przypadku rozpadną się z taką samą prędkością. Odrzut jest spowodowany faktem, że powstaje siła reaktywna, ponieważ istnieje odrzucona masa. Dzięki tej sile ruch jest zapewniony zarówno w przestrzeni bez powietrza, jak i w powietrzu. Im większa prędkość i masa wydychanych gazów, tym większa siła odrzutu, którą odczuwa nasze ramię. Odpowiednio siła reakcji jest tym większa, im silniejsza reakcja pistoletu.
Marzenia o lataniu w kosmos
Ruch odrzutowy w przyrodzie i technologii już istniejeod wielu lat jest źródłem nowych pomysłów dla naukowców. Przez wiele stuleci ludzkość marzyła o lataniu w kosmos. Zastosowanie napędów odrzutowych w przyrodzie i technologii, należy założyć, że nie są one same w sobie wyczerpane.
Wszystko zaczęło się od snu.Pisarze science fiction sprzed kilku wieków oferowali nam różne sposoby osiągnięcia tego pożądanego celu. W XVII wieku Cyrano de Bergerac, francuski pisarz, stworzył opowieść o locie na Księżyc. Jego bohater dotarł do satelity Ziemi za pomocą żelaznego wagonu. Nad tym projektem nieustannie wyrzucał silny magnes. Wagon, przyciągany do niego, wznosił się coraz wyżej nad Ziemią. W końcu dotarła na księżyc. Inny znany baron Munchausen wspiął się na księżyc wzdłuż łodygi fasoli.
Oczywiście w tym czasie niewiele było wiadomo o tym, w jaki sposób wykorzystanie napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii może ułatwić życie. Ale lot fantazji otworzył oczywiście nowe horyzonty.
W drodze do wyjątkowego odkrycia
W Chinach pod koniec pierwszego tysiąclecia naszej ery. e.wymyślił system napędowy rakiet. Te ostatnie były po prostu bambusowymi rurkami wypełnionymi prochami. Te pociski zostały wystrzelone dla zabawy. Silnik odrzutowy został wykorzystany w jednym z pierwszych projektów samochodów. Ten pomysł należał do Newtona.
O tym, jak ruchy odrzutowe w przyrodzie i wtechnologia powstaje, myśli i N.I. Kibalchich. To rosyjski rewolucjonista, autor pierwszego szkicu samolotu odrzutowego, który ma latać na nim człowiek. Rewolucjonista, niestety, został stracony 3 kwietnia 1881 roku. Kibalchich został oskarżony o udział w próbie Aleksandra II. Już w więzieniu, oczekując na wykonanie wyroku śmierci, kontynuował badanie tak interesującego zjawiska, jak ruch w naturze w przyrodzie i technologii, która ma miejsce, gdy część obiektu jest oddzielona. W wyniku tych badań opracował swój projekt. Kibalchich napisał, że ten pomysł wspiera go na jego stanowisku. Gotów jest spokojnie spotkać się ze swoją śmiercią, wiedząc, że tak ważne odkrycie nie zginie razem z nim.
Realizacja idei latania w kosmos
Manifestacja ruchu odrzutowego w przyrodzie i przyrodzieTechnika nadal studiowała K. E. Ciołkowskiego (jego zdjęcie przedstawiono powyżej). Już na początku XX wieku ten wielki rosyjski naukowiec zasugerował pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych. Jego artykuł na ten temat ukazał się w 1903 roku. W nim przedstawiono matematyczne równanie, które stało się najważniejsze dla astronautyki. W naszych czasach znany jest jako "formuła Ciołkowskiego". To równanie opisuje ruch ciała o zmiennej masie. W swoich dalszych pracach przedstawił schemat silnika rakietowego, pracującego na paliwie ciekłym. Ciołkowski, badając zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii, opracował wielostopniowy projekt rakietowy. Jest także właścicielem idei możliwości stworzenia na orbicie niemal całego miasta kosmicznego. Właśnie to odkryli naukowcy badając ruch odrzutowy w przyrodzie i technologii. Pociski, jak pokazał Ciołkowski, są jedynymi pojazdami, które mogą pokonać grawitację. Zdefiniował pocisk jako mechanizm z silnikiem odrzutowym wykorzystującym paliwo i utleniacz. To urządzenie przekształca energię chemiczną paliwa, która staje się energią kinetyczną strumienia gazu. Sam pocisk zaczyna się poruszać w przeciwnym kierunku.
Wreszcie, naukowcy, po zbadaniu reaktywnego ruchu ciał wnatury i technologii, poszedł do praktyki. Istniało zakrojone na szeroką skalę zadanie realizacji długoletniego marzenia ludzkości. I poradziła sobie z nim grupa radzieckich naukowców, na czele z akademikiem SP Korolyovem. Uświadomiła sobie pomysł Ciołkowskiego. Pierwszy sztuczny satelita naszej planety został wystrzelony w ZSRR 4 października 1957 roku. Naturalnie używano rakiety.
A.A. Gagarin (na zdjęciu powyżej) był człowiekiem, który został uhonorowany jako pierwszy, który latał w kosmosie. To ważne wydarzenie dla świata miało miejsce 12 kwietnia 1961 roku. Gagarin na statku-satelicie "Wschód" latał na całym świecie. ZSRR był pierwszym państwem, którego pociski dotarły do Księżyca, przeleciały wokół niego i sfotografowały stronę niewidzialną z Ziemi. Ponadto to Rosjanie po raz pierwszy odwiedzili Rosję. Przynieśli instrumenty naukowe na powierzchnię tej planety. Amerykański astronauta Neil Armstrong - pierwsza osoba, która odwiedziła powierzchnię księżyca. Wylądował na nim 20 lipca 1969 roku. W 1986 r. Vega-1 i Vega-2 (statki należące do ZSRR) badały komendę Halleya, która zbliża się do Słońca tylko raz na 76 lat. Badanie przestrzeni kosmicznej trwa ...
Jak widać, bardzo ważna i użyteczna naukajest fizyką. Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii jest tylko jednym z interesujących zagadnień, które są w nim brane pod uwagę. A osiągnięcia tej nauki są bardzo, bardzo znaczące.
Jak w naszych czasach napęd odrzutowy jest wykorzystywany w przyrodzie i technologii
W fizyce w ciągu ostatnich kilku stuleci istniaływykonane szczególnie ważne oktyty. Podczas gdy natura pozostaje praktycznie niezmieniona, technologia rozwija się w szybkim tempie. W naszych czasach zasada napędu odrzutowego jest szeroko stosowana nie tylko przez różne zwierzęta i rośliny, ale także w astronautyce i lotnictwie. W przestrzeni kosmicznej nie ma środowiska, w którym ciało mogłoby współdziałać, aby zmienić moduł i kierunek jego prędkości. Dlatego do lotów w przestrzeni bez powietrza można używać tylko pocisków.
Dzisiaj aktywnie używany napęd odrzutowyw codziennym życiu, przyrodzie i technologii. Nie jest już tajemnicą, tak jak poprzednio. Jednak ludzkość nie powinna spoczywać na laurach. Przed nami nowe horyzonty. Chcę wierzyć, że ruch odrzutowy w przyrodzie i technologii, krótko opisany w artykule, zainspiruje kogoś do nowych odkryć.
