«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 «Яншихово­Челлинская  СОШ» Красноармейского  района ЧР, 8 класс.  Научный руководитель:   Александрова Валентина Валериановна, учитель физики МБОУ « Яншихово­Челлинская СОШ» Красноармейского  района ЧР. ВВЕДЕНИЕ   какая­то   его с   некоторой скоростью      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          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 научно­технического 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.   двигателем  и измерить скорость истечения воздуха из бутылки.    Задачи исследования:     Цель   исследования:    Изготовить   модель   летательного   аппарата   с   реактивным   часть. 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 Теоретическая часть.  ОСНОВНАЯ 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  движения ракеты массой М, которую двигатель на короткое время и измерить скорость  она   приобретает     результате   выбрасывания   газов   массой  m.   По   закону   сохранения импульса М  + ῡ mū = 0;  ū = М /ῡ m.  ʋ 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. СИ: 0,0005 м³. 1,52 ∙  10 ⁵Па Дано: V = 0,5 л ΔР  = 1,55 кг∙с/см² Ƿ  о= 1,29 кг/ м³ ________________ Найти:  m ­? m = ρ1∙ V   Решение:                            1  0    0         1    . 0  0 ⁵ Па/10⁵ Па =1,9608кг/ м³ Ƿ 1= 1,29 кг/м³ ∙ 1,5 2 ∙10 m =1,9608 кг/ м³ ∙ 0,0005 м³ = 0,0009804 кг =9,8*10ˉ⁴ кг Ответ:  m =9,8 ∙ 10ˉ⁴ кг.  5. По высоте  подъёма ракеты h вычислили её начальную скорость  ῡ ῡ √2gh :    =  Дано: СИ: Решение: h = 3,6 м. g = 9,8 м/с²  = ῡ √2gh  = ῡ √2∙9,8 м/с² ∙3,6 м  g-ускорение свободного падения ≈  8,4 м/с. 6.  Подставив найденные значения М бутылки, массы m вышедшего воздуха и начальной  скорости бутылки    истечения струи воздуха из сосуда.  ῡ mu = 0, вычислили начальную скорость u   в уравнение М  +  ῡ М  + ῡ mu = 0  => М  ῡ = mu =>  u =   = ,0 4,8* 0197 ,0 00098   = 168,8 м/с. Для более точного результата опыт проводили несколько раз. М, кг m, кг , мⱨ Результаты измерений и расчетов занесли в отчетную таблицу , ʋ м/с 8,4 8,28 8,63 №  опыта 1 2 3 1,52*105 1,47*105 1,62*105 0,00098 0,00095 0,00104 0,0197 0,0197 0,0197 105 105 105 3,6 3,5 3,8 ∆p, Па P, Па U, м/с Uср, м/с 168 168,8 171,7 163,5 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