Р.Декарт, его вклад в развитие механики.



Рене́ Дека́рт — французский философ, математик, механик, физик и физиолог, создатель аналитической геометрии и современной алгебраической символики, автор метода радикального сомнения в философии, механицизма в физике, предтеча рефлексологии.

Физические исследования Декарта относятся главным образом к механике, оптике и общему строению Вселенной. Физика Декарта, в отличие от его метафизики, была материалистической: Вселенная целиком заполнена движущейся материей и в своих проявлениях самодостаточна. Неделимых атомов и пустоты Декарт не признавал и в своих трудах резко критиковал атомистов, как античных, так и современных ему. Кроме обычной материи, Декарт выделил обширный класс невидимых тонких материй, с помощью которых пытался объяснить действие теплоты, тяготения, электричества и магнетизма.

Основными видами движения Декарт считал движение по инерции, которое сформулировал (1644) так же, как позднее Ньютон, и материальные вихри, возникающие при взаимодействии одной материи с другой. Взаимодействие он рассматривал чисто механически, как соударение. Декарт ввёл понятие количества движения, сформулировал (в нестрогой формулировке) закон сохранения движения (количества движения), однако толковал его неточно, не учитывая, что количество движения является векторной величиной (1664).

В 1637 году вышла в свет «Диоптрика», где содержались законы распространения света, отражения и преломления, идея эфира как переносчика света, объяснение радуги. Декарт первый математически вывел закон преломления света на границе двух различных сред. Точная формулировка этого закона позволила усовершенствовать оптические приборы, которые тогда стали играть огромную роль в астрономии и навигации (а вскоре и в микроскопии).

Исследовал законы удара. Высказал предположение, что атмосферное давление с увеличением высоты уменьшается. Теплоту и теплопередачу Декарт совершенно правильно рассматривал как происходящую от движения мелких частиц вещества[4].

 

Самостоятельная работа № 4

Законы сохранения в механике.

 Реактивные двигатели в природе и технике.

XX век часто называют веком реактивной техники — так велика ее роль в наше время. И действительно, реактивная техника — это и мощный реактивный военно-воздушный флот, и разнообразное ракетное оружие, и надводные и подводные суда, движимые с помощью так называемых гидрореактивных двигателей, и, наконец, венец развития техники — гигантские космические ракеты. Но каким бы сложным, мощным и совершенным ни был любой современный реактивный двигатель, в его основе лежит тот же принцип, что и в первых пороховых ракетах (см. ст. «Ракеты, космические корабли, космодромы»). Это принцип прямой реакции, принцип создания движущей силы (или тяги) в виде реакции (или отдачи) струи вытекающего из двигателя «рабочего вещества», обычно раскаленных газов. Теперь пороховой реактивный двигатель лишь один из представителей многочисленного семейства реактивных двигателей. Взгляните на могучее «генеалогическое дерево» этого семейства (см. рис. ). Много на нем крепких ветвей — это двигатели, уже получившие широкое применение. Немало и скромных побегов — служба этих двигателей еще впереди.Различие очень важное, принципиальное, Воздушно-реактивные двигатели используют для своей работы воздух атмосферы, кислород которого им нужен для того, чтобы с его помощью сжигать горючее. Ясно поэтому, что такие двигатели не могут работать на очень больших высотах, где воздух разрежен, и уж тем более в межпланетном пространстве. Ракетные же двигатели не нуждаются в воздухе, их топливо содержит в себе все необходимое для сгорания — и горючее, и окислитель.В любом воздушно-реактивном двигателе внутрь двигателя втекает атмосферный воздух, а из двигателя наружу вытекают продукты сгорания — раскаленные газы. Газы вытекают с гораздо большей скоростью, и именно эта разница скоростей и является причиной тяги, развиваемой двигателем. Чем больше скорость вытекающих газов, тем больше и сила тяги. Для этого, очевидно, нужно создать в двигателе повышенное давление. По тому, как создается в двигателе повышенное давление, и отличаются друг от друга газотурбинные и бескомпрессорные воздушно-реактивные двигатели.Наиболее естественный способ получения давления — это, очевидно, сжатие поступающего в двигатель воздуха в специальной машине — компрессоре. Так именно обстоит дело в любом газотурбинном двигателе. Обязательной составной частью такого двигателя является какой-нибудь компрессор, приводимый в движение газовой турбиной. Она работает на продуктах сгорания топлива в двигателе. Поэтому такие двигатели и называют газотурбинными реактивными или просто турбореактивными.Самолеты с этими двигателями летают ныне со скоростями, в 2—3 раза превышающими скорость звука, покрывают без посадки многие тысячи километров, забираются на высоты более 30 км. Среди турбореактивных двигателей имеются и небольшие, с тягой всего в десятки килограммов, и сверхмощные, тяга которых достигает многих тонн. Существует множество разных типов и конструкций турбореактивных двигателей. Вот, например, на нашем «дереве» изображен двигатель с центробежным компрессором — большой крыльчаткой, т. е. колесом с лопастями. Лет 15 назад большинство самолетных турбореактивных двигателей имело именно такой компрессор, но сейчас они используются лишь на двигателях сравнительно небольшой тяги. Это объясняется тем, что победителем оказался конкурент центробежного — осевой компрессор, в котором вместо одной большой крыльчатки на вращающемся валу имеется ряд колес с лопатками. Эти колеса вращаются между рядами таких же неподвижных лопаток — воздух сжимается при движении не по радиусам колеса, а вдоль его оси. Преимущество осевого компрессора заключается в том, что в нем воздух может быть сжат сильнее (для этого нужно установить больше отдельных колес с лопатками — ступенями компрессора) и, главное, количество сжимаемого воздуха может быть гораздо больше при том же диаметре. А чем больше воздуха протекает через двигатель, тем больше и его тяга, величина которой определяет возможную скорость полета.Теперь обратите внимание на ветку, отпочковавшуюся на рисунке в сторону от турбореактивных двигателей. На ней написано — двухконтурные турбореактивные двигатели, или, как их еще называют, турбовентиляторные. Они получают в последнее время все более широкое применение в авиации, так как оказываются очень выгодными при больших дозвуковых скоростях полета, порядка 900—1000 км/час. Отличаются они от обычных турбореактивных двигателей тем, что имеют снаружи еще один, кольцевой, канал, или контур, по которому течет воздух, сжимаемый высоконапорным вентилятором. Поэтому из двигателя вытекают наружу сразу две струи — внутренняя раскаленная газовая и наружная струя холодного воздуха. Скорость истечения газов при той же затрате топлива несколько меньше, но зато объем вытекающих из двигателя газов значительно больше, чем в обычном турбореактивном двигателе. Такое сочетание оказывается более выгодным при дозвуковой скорости полета, так как самолет, затратив то же количество горючего, может совершить более дальний перелет. Надо также сказать и еще об одной веточке, отходящей от ветви газотурбинных двигателей,— о так называемых турбовинтовых двигателях. Эти двигатели, по существу, не реактивные, тяга в них создается в основном не реактивной струей, а воздушным винтом, приводимым во вращение турбиной. Такие двигатели очень широко применяются в гражданской авиации — кто не слышал о самолетах ИЛ-18 или ТУ-114!Итак, в газотурбинных двигателях сжатие воздуха, как мы убедились, осуществляется компрессорами разного типа. А как это делается в бескомпрессорных двигателях? По-разному. В одних, так называемых пульсирующих, давление в камере сгорания повышается потому, что при вспышке топлива специальные клапаны закрываются и изолируют камеру от атмосферы. А в прямоточных двигателях даже и клапанов нет. Сжатие воздуха происходит здесь в результате торможения встречного потока забортного воздуха, который с большой скоростью попадает внутрь двигателя, т. е. на сжатие затрачивается кинетическая энергия этой воздушной струи. Самолет с таким двигателем не может сам осуществить взлет, ведь, чтобы встречный поток воздуха создал давление, аппарат надо сначала разогнать. Поэтому на самолет с прямоточным двигателем ставится еще один двигатель, работающий только при взлете. Но при больших сверхзвуковых скоростях полета прямоточный двигатель оправдывает эти дополнительные расходы. В основном прямоточные двигатели сейчас применяются на беспилотных управляемых снарядах. Но одно, несколько своеобразное применение они уже нашли и в авиации — в так называемых турбопрямоточных двигателях. Этот двигатель можно назвать гибридным — он представляет собой сочетание двигателей различного типа. В нем прямоточный двигатель устанавливается за турбореактивным и его называют форсажной камерой. Он работает только при необходимости кратковременного увеличения тяги, или форсажа, турбореактивного двигателя. Для этого в поток газов, вытекающих из турбореактивного двигателя и содержащих еще большое количество свободного кислорода, впрыскивается топливо. Температура газов и скорость их истечения, а значит, и тяга двигателя при этом резко возрастают. Форсажная камера стала едва ли не обязательной частью всех современных мощных турбореактивных двигателей.Однако пора вспомнить и о второй главной ветви — ракетных двигателях. Эта ветвь также делится на две: одна из них — пороховые двигатели, или двигатели твердого топлива; другая — жидкостные ракетные двигатели. Различие здесь, как говорят сами названия, в характере топлива.Устройство порохового двигателя очень просто. В его камере находится заряд твердого топлива. После воспламенения он сгорает, раскаленные газы вытекают через реактивное сопло наружу, создавая тягу. Простота, малый вес, постоянная готовность к действию делают двигатели твердого топлива очень привлекательными, несмотря на недостатки — невозможность остановки, трудность регулирования величины тяги и т. д. В качестве авиационных двигатели твердого топлива применить нельзя, но они начинают пользоваться все большей популярностью не только в ракетной артиллерии (здесь-то они применяются давно и с большим успехом — вспомните хотя бы прославленные «катюши»), но и в дальней и даже в космической ракетной технике.Недостатков, характерных для этих двигателей, лишен изобретенный К. Э. Циолковским жидкостный ракетный двигатель. Он работает на топливе, состоящем обычно из двух разных жидкостей — горючего и окислителя, которые подаются в двигатель и там сгорают. Ясно, что изменением подачи топлива можно легко регулировать величину тяги двигателя, а прекратив подачу, полностью его выключить. Но зато жидкостный двигатель намного сложнее порохового — он нуждается в системе подачи топлива, различных регуляторах, системе охлаждения и т. д. Хотя жидкостный ракетный двигатель и устанавливается иногда на самолетах в качестве основного, его применение ограничено тем, что он расходует в 10—15 раз больше топлива на 1 кг тяги, чем турбореактивный. Это не удивительно — ведь турбореактивный пользуется окислителем из атмосферы, а не запасенным на борту самолета. Поэтому самолеты с ракетным двигателем способны совершать лишь кратковременный полет — запаса топлива хватает лишь на несколько минут работы двигателя на полной тяге. Но зато с помощью этих двигателей уже удалось достичь высоты около 100 км и скорости полета около 6700 км/час] Правда, для этого самолет с ракетным двигателем пришлось заносить на большую высоту с помощью другого, тяжелого самолета с турбореактивными двигателями. Но, конечно, главное применение жидкостного двигателя- иное. Это он переносит на многие тысячи километров тяжелые баллистические ракеты, выводит на орбиты искусственные спутники, направляет автоматические межпланетные станции к их далеким целям. Эти двигатели, развивающие мощность в миллионы лошадиных сил, уже позволили осуществить полеты летчиков-космонавтов. Их ждет большое будущее в дальнейшем штурме космоса. Наш рассказ о современных реактивных двигателях был бы неполным без упоминания о двигателях совершенно нового типа, привлекающих к себе большое внимание в последние годы. Это так называемые электрические ракетные двигатели. Правда, в эксплуатации подобных двигателей еще почти нет (единственный пока пример — плазменные электрические ракетные двигатели, установленные на советской автоматической межпланетной станции «Зонд-2)», но работы над ними ведутся. В этих двигателях уже не повышенное давление газа создает движущую реактивную струю, а электрические и магнитные поля. По-разному устроены двигатели этого типа — ионные, плазменные, дуговые, но во всех них используется чудесная сила электричества, позволяющая получить огромную скорость истечения, невозможную для реактивных двигателей любого другого типа. А ведь чем больше скорость истечения, тем меньше топлива расходуется на получение той же тяги и тем больше могут быть полезный груз и скорость ракеты.Правда, в отличие от обычных ракетных двигателей, тяга которых достигает теперь сотен тонн, электрические двигатели слабосильны, они развивают тягу в граммы, от силы в килограммы. Поэтому для взлета с Земли они непригодны. Но в космосе даже малая сила способна разогнать корабль до огромной скорости, если она действует достаточно долго. Все это дает основание предположить, что электрические двигатели будут установлены на многих космических летательных аппаратах будущего. К двигателям космических кораблей будущего следует отнести и фотонный двигатель, в котором реактивная сила должна образовываться не веществом, вытекающим из двигателя, а отбрасываемым им светом. А поскольку скорость света (300 тыс. км/сек) — это наибольшая возможная в природе скорость, фотонные двигатели могут стать едва ли не единственным средством осуществления полетов к звездам. Однако пока фотонные двигатели — это еще почти фантастика, правда, фантастика вполне научная.

 

Самостоятельная работа № 5


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 683; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ