Два всем знакомых примера поясняют
принцип движения ракеты. При выстреле из ружья пороховые газы, расширяясь в стволе,
толкают пулю вперед, а ружье назад. Пуля летит в цель, а стрелок (или лафет артиллерийского
орудия) поглощают энергию отдачи за счет силы трения с поверхностью земли. Если
бы стрелок стоял на коньках на льду, то из-за отдачи он покатился бы назад (и
остановился только из-за трения с воздухом и льдом). Другой пример
- надутый воздушный шарик. Пока отверстие шарика закрыто, внутреннее давление
воздуха уравновешивается силами упругости оболочки шарика. Если открыть отверстие,
воздух будет выходить из шарика, и его неуравновешенное давление на оболочку будет
толкать шарик вперед. Отметим, что шарик приводится в движение силой, действующей
только на площадь отверстия. Все остальные силы, действующие на оболочку, уравновешены
и не влияют на движение шарика, которое носит хаотичный характер из-за непрерывного
изменения формы шарика и гибкости его горловины.
Ракетный двигатель работает аналогично, за исключением того, что за счет
реакций горения или химического разложения обеспечивается устойчивый поток
горячих газов, которые выбрасываются наружу через сопло. Существуют и
другие методы получения реактивной струи газа, однако ни один из них не
получил такого широкого распространения, как химический
(о других методах см. статью реактивный).
Все рассмотренные выше примеры движения стрелка и пули, надутого шарика
и ракеты описываются третьим законом движения Ньютона, который гласит,
что всякое действие имеет противоположное и равное по величине противодействие.
Математически этот закон выражается в виде равенства количеств движения
MV = mv. Важно отметить, что полное изменение количества движения
(импульса) в системе равно нулю. Если две массы M и m равны,
то их скорости V и v также равны. Если масса одного из взаимодействующих
тел больше массы другого, то его скорость будет соответственно меньше.
В примере со стрелком импульс mv, сообщаемый пуле, в точности такой
же, как и импульс MV, сообщаемый стрелку, однако из-за малой массы
пули ее скорость намного больше, чем скорость стрелка. В случае ракеты
выбрасывание газов в одном направлении (действие) вызывает движение ракеты
в противоположном направлении (противодействие).
|