«измерение скорости истечения струи газа из ракеты»

Районная конференция - фестиваль творчества обучающихся

«EXCELSIOR – 2018»

Секция ФИЗИКА и АСТРОНОМИЯ

«ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СТРУИ ГАЗА ИЗ РАКЕТЫ»

Александров Валериан, МБОУ «Яншихово-Челлинская СОШ» Красноармейского района ЧР, 8 класс.

Научный руководитель:

Александрова Валентина Валериановна, учитель физики МБОУ « Яншихово-Челлинская СОШ» Красноармейского района ЧР.

ВВЕДЕНИЕ

Ракета обладает многими замечательными особенностями, но главная из них заключается в том, что автомобилю для движения, кроме двигателя, нужна еще и дорога, с которой могли бы взаимодействовать колеса, теплоходу — вода, а самолету — воздух. Ракете для движения не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, так как она движется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому ракета может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.

Реактивное движение - движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть.
Актуальность проблемы: Среди великих технических и научных достижений ХХ столетия одно из первых мест принадлежит ракетам и теории реактивного движения. Ракетная техника становится сейчас очень важной и быстро растущей отраслью промышленности. Развитие теории полёта реактивных аппаратов – одна из насущных проблем современного научно-технического развития.

Проблема: Можно ли в домашних условиях из подручных средств изготовить подобные модели? 
Желание ответить на этот вопрос привело меня к выполнению данной исследовательской работы по изготовлению модели ракеты и измерению скорости истечения струи газа из ракеты.

Гипотеза: В домашних условиях можно изготовить модель простейшего реактивного двигателя.

Цель исследования: Изготовить модель летательного аппарата с реактивным двигателем и измерить скорость истечения воздуха из бутылки.

Задачи исследования:

1. Изучить теоретический материал по теме «Реактивное движение»;

2. Создать из подручных средств ракету, способную подняться в воздух;

3. Вычислить скорость истечения струи газа из ракеты.

Объект исследования: Реактивное движение

Предмет исследования: Ракета - пластмассовая бутылка.

Методы исследования:

• Анализ источников информации

• Проведение эксперимента

• Обобщение полученных данных

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Теоретическая часть.

В качестве ракеты в опыте используется пластмассовая бутылка. В горлышко бутылки вставляем резиновую пробку с трубкой внутри и через шланги соединяем с насосом и манометром. Пробку закрепляем в лапке штатива так, чтобы бутылка была расположена вертикально.

Для оценки скорости истечения газовой струи из ракеты можно включить её двигатель на короткое время и измерить скорость ʋ движения ракеты массой М, которую она приобретает результате выбрасывания газов массой m. По закону сохранения импульса Мῡ + mū = 0; ū = Мῡ/m.

Накачивая воздух в бутылку, постепенно повышаем давление в ней. Когда бутылка - ракета взлетает вертикально вверх, воздух выходит из неё до выравнивания давления в бутылке с атмосферном давлением.

Массу m выходящего из ракеты воздуха можно найти по известному объёму V бутылки и измеренному избыточному давлению Δр воздуха в ней в момент старта ракеты.

Практическая часть.

1. Определили массу М пластмассовой бутылки взвешиванием на весах. М =19,7 г.=

=0,0197 кг.

2. Вставили в горлышко бутылки пробку, соединённую с манометром и насосом. Закрепили пробку в штативе таким образом, чтобы ракета взлетела вертикально вверх.

3. Накачали воздух в бутылку до взлёта бутылки- ракеты. При этом необходимо следить за показаниями манометра, заметить избыточное давление Δр при взлёте ракеты и высоту подъёма h ракеты. Δр =1,55 кг∙с/см² ; h =3,6 м.

4. По известному объёму V бутылки и измеренному избыточному давлению Δр нашли массу m вышедшего воздуха. (V =0,5 л.=0,0005 м³)

Для вычисления плотности _ д_ прямую пропорциональную связь давления газа с его плотностью_ = _ . Плотность воздуха при нормальном давлении равна _1,29 кг/м³, m= _·V.

5. По высоте подъёма ракеты h вычислили её начальную скорость ῡ: ῡ = √​2gh

6. Подставив найденные значения М бутылки, массы m вышедшего воздуха и начальной скорости бутылки ῡ в уравнение Мῡ + mu = 0, вычислили начальную скорость u  истечения струи воздуха из сосуда.

Мῡ + mu = 0 = Мῡ = mu = u = _ =  = 168,8 м/с.

Для более точного результата опыт проводили несколько раз.

Результаты измерений и расчетов занесли в отчетную таблицу

Заключение.

Итак, выдвинутая нами гипотеза полностью подтвердилась.

Мы смогли создать ракету из пластмассовой бутылки и определили скорость  истечения струи воздуха из данного сосуда. И она равна приблизительно 168 м/с

Кроме этого, я ещё заметил, что высота подъёма ракеты возрастает с увеличением избыточного давления воздуха в ракете. Но это будет другая моя исследовательская работа.

Вывод: Моя работа удалась, я много узнал нового и интересного, мои знания по теме «Реактивное движение» стали лучше. Так как я выбрал экзамен по физике, надеюсь, что это мне поможет при сдаче ОГЭ. Мне очень нравится проводить эксперименты по физике и я хочу выбрать в дальнейшем профессию, связанную с физикой.

Практическая значимость исследовательской работы: 

• Пополнит дидактический материал по физике и астрономии;

• Даёт возможность учащимся изобретать модели реактивных двигателей из подручных средств;

• Поможет при подготовке к итоговой государственной аттестации учащихся;

• Полученный материал можно использовать как на уроках, так и во внеурочной деятельности

ЛИТЕРАТУРА

Список использованной литературы

1. Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. - М. : Просвещение, 1982.

2. Гельфер Я. М. Законы сохранения. - М. : Наука, 1967.

3. Кузов К. Мир без форм. - М. :Мир, 1976.

4. Детская энциклопедия. - М. : Издательство АН СССР, 1959