Я нигде не могу найти конкретного ответа на этот вопрос.
Я понимаю, что в ракете происходит химическая реакция, в результате которой частицы газа покидают ракету с большой скоростью. Согласно третьему закону Ньютона и закону сохранения импульса это привело к движению ракеты.
Чего не хватает, так это физического объяснения того, что именно вызывает эту силу на ракете, так как большинство ответов досадно упускают этот последний момент!
Люди часто используют аналогию со скейтбордом и шаром для боулинга. Однако в этой аналогии человек бросает мяч, и мяч оказывает на человека равную и противоположную силу, когда его бросают. Проблема в том, что ракета не «выбрасывает» выхлоп, так как она напрямую не ускоряет частицы — это результат реакции. Так что же именно вызывает силу на самой ракете? Дело в том, что при взрыве некоторые частицы газа сталкиваются с основанием ракеты, а носик устроен так, чтобы максимально увеличить количество столкновений, создающих восходящую силу?
Я видел, как люди говорили, что это неправильно, или предполагали, что это правильно. Википедия говорит:
«Приблизительно половина тяги ракетного двигателя создается за счет неуравновешенного давления внутри камеры сгорания, а остальная часть — за счет давления, действующего внутри сопла».
Я хочу понять это с точки зрения столкновений частиц. Я знаю, что существует сила, обусловленная физическими законами, но людей, кажется, не интересует механика самой силы.
Вернемся к аналогии: если кто-то бросит шар для боулинга через ваш скейтборд, вы не будете двигаться, как частицы, покидающие ракету, без какого-либо столкновения не заставят ракету двигаться (я знаю, что это невозможно). , но, надеюсь, поясняет мою точку зрения). Надеюсь, этот вопрос имеет смысл.
Предположим, вы хотите, чтобы ракета двигалась влево.
В камере сгорания происходит химическая реакция, которая приводит к увеличению кинетической энергии атомов/молекул, и эти молекулы движутся во всех направлениях.
Поскольку импульс сохраняется, увеличение импульса молекул, движущихся вправо, уравновешивается увеличением импульса молекул, движущихся влево.
Молекулы, движущиеся вправо, выходят из камеры сгорания через сопло, где скорость газов сильно увеличивается. Молекулы отскакивают от внутренней части сопла из-за силы, действующей на них из-за стенок сопла, и, в свою очередь, молекулы воздействуют на сопло в прямом направлении, что вносит значительный вклад в тягу ракеты.
Молекулы, движущиеся влево, ударяются о левую сторону камеры сгорания и отскакивают.
Таким образом, левая сторона камеры сгорания приложила силу вправо к молекулам, заставив их отскочить, и по третьему закону Ньютона молекулы, которые двигались влево, оказали силу влево на камеру сгорания, а также ракета, соединенная с камерой сгорания.
Это немного отличается от аналогии с броском шара для боулинга тем, что очевидно, где происходит взаимодействие между бросающим и шаром для боулинга, потому что это должно происходить из-за контактных сил между шаром для боулинга и бросающим.
Обратите внимание, что бросок шара для боулинга в направлении движения приведет к тому, что бросающий получит импульс назад и, следовательно, вызовет обратную силу на скейтборде.
Однако, если в передней части скейтборда была вертикальная доска, по которой движущийся вперед шар для боулинга ударялся и отскакивал от нее, то передняя сила на скейтборде из-за отскока шара для боулинга была бы больше, чем обратная сила на скейтборде из-за метателя. метание шара для боулинга. Таким образом, на скейтборд будет действовать сила, направленная вперед.
Даже химическая реакция будет поддерживать сохранение импульса. Так, заблокированная сторона (ракета) движется вперед, а открытая сторона (выхлопные газы) движется назад. Химическая реакция необходима для получения газа. Одной только скорости/количества выхлопа достаточно для расчета общей тяги ракеты вперед. Если открыть горловину надутого воздушного шара, он будет двигаться, пока из него выходит воздух, в противоположном направлении. Точно так же движется ракета, с той разницей, что химическая реакция продолжает производить горячий газ с высоким давлением/скоростью.
Почти в каждом объяснении того, как движется ракета, есть повторяющийся недостаток. Третий закон Ньютона гласит, что «на каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Однако недостаточно просто сказать, что эта движущая сила ракеты является «реакцией на другую силу». Вы все еще должны определить и объяснить, что это за сила!
В случае ракеты сила, которая толкает ракету вперед и вверх, представляет собой дисбаланс сил давления внутри камеры сгорания.
Давайте представим кубический контейнер, скажем, форму для печенья, с 6 сторонами, каждая по 1 футу (я буду использовать имперские единицы измерения, так как их гораздо легче визуализировать), длиной и с крышкой на дне, которая держится, но может быть открыта улов. Давайте поставим клапан с одной стороны, через который будет прокачиваться воздух. Коробка подвешена свободно, не соприкасается с землей и не находится близко к ней.
Теперь поместите в коробку давление в 1 фунт на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм). (для понимания, атмосферное давление составляет около 14,7 фунтов на квадратный дюйм или 0 фунтов на квадратный дюйм (a = абсолютное, g = манометрическое давление), а типичная автомобильная шина составляет около 35 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, разница давлений внутри коробки и снаружи составляет 1 фунт на квадратный дюйм. Это означает, что общая сила, действующая на каждую сторону, сверху и снизу, составляет 144 (1x12x12) фунтов (если вы весите, скажем, 65 кг или 144 фунта, вы прикладываете эту силу к земля, так что это вроде как ты стоишь на коробке)
Пока крышка закрыта, все силы находятся в равновесии. Каждая боковая сила уравновешивает противоположную сторону, а сила на вершине уравновешивает силу на крышке. Теперь отпустите защелку на крышке. Сразу же сила на крышке больше не тянет коробку, и в результате сила на противоположной стороне, вверху, составляет 144 фунта силы. ЭТО движущая сила ракеты!! Для поддержания тяги нужно поддерживать давление в камере, поэтому если в коробку постоянно добавлять воздух, то она будет продолжать испытывать дисбаланс сил и будет продолжать двигаться/ускоряться.
Любопытный
Фарчер
Любопытный