Что нужно знать
Реактивное движение — это движение тела, возникающее при отделении от него некоторой части вещества с определённой скоростью. Оно основано на законе сохранения импульса: если внешние силы отсутствуют или их действием можно пренебречь, общий импульс замкнутой системы остаётся постоянным. Импульс тела определяется формулой p = mv, где p — импульс (кг·м/с), m — масса тела (кг), v — скорость тела (м/с). При реактивном движении тело приобретает скорость в направлении, противоположном направлению выбрасываемого вещества. Например, ракета движется вперёд благодаря выбросу газов назад из сопла двигателя. Реактивное движение возможно не только в космосе, но и в воздухе или воде: так передвигаются кальмары, осьминоги и медузы, выталкивая воду. Для простых задач применяется закон сохранения импульса: m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2', где m1 и m2 — массы тел (кг), v1 и v2 — их начальные скорости (м/с), v1' и v2' — конечные скорости (м/с). Если система первоначально покоилась, её суммарный импульс до начала движения равен нулю, поэтому импульсы ракеты и выброшенного вещества после разделения равны по модулю и противоположны по направлению. Типичная ошибка учеников — считать, что ракета движется вперёд за счёт отталкивания от воздуха или окружающей среды, хотя для реактивного движения наличие внешней среды не требуется.
Тест: 11 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют реактивным движением?
- Движение тела, возникающее при отделении от него части вещества с определённой скоростью
- Движение тела, возникающее только при взаимодействии с неподвижной опорой
- Движение тела по окружности под действием центростремительной силы
- Движение тела под действием силы тяжести
Реактивное движение возникает благодаря выбросу частью тела некоторой массы вещества. При этом тело приобретает импульс в противоположном направлении.
2. Какой физический закон лежит в основе реактивного движения?
- Закон всемирного тяготения
- Закон сохранения импульса
- Закон Ома
- Закон сохранения механической энергии
В замкнутой системе суммарный импульс сохраняется. При выбросе вещества импульс ракеты изменяется так, чтобы общий импульс системы оставался постоянным.
3. В каких единицах СИ измеряется импульс тела?
- Джоуль (Дж)
- Ньютон (Н)
- Килограмм-метр в секунду (кг·м/с)
- Метр в секунду (м/с)
Импульс определяется формулой p = mv. Единица измерения: кг·м/с.
4. Почему ракета может двигаться в космическом пространстве, где практически нет воздуха?
- Потому что солнечный свет толкает ракету вперёд
- Потому что ракета отталкивается от магнитного поля Земли
- Потому что ракета отталкивается от космического вакуума
- Потому что газы, выбрасываемые двигателем назад, создают противоположно направленный импульс ракеты
Ракета получает импульс благодаря выбросу газов. Для реактивного движения не требуется опора или окружающий воздух.
5. Какое из перечисленных явлений является примером реактивного движения?
- Передвижение кальмара при выбрасывании воды из тела
- Падение камня с высоты
- Движение автомобиля по дороге
- Движение санок по наклонной горке
Кальмар выбрасывает воду в одном направлении и получает импульс в противоположном направлении, благодаря чему перемещается.
6. В каком направлении движется ракета при выбросе газов назад?
- Перпендикулярно направлению выброса газов
- В направлении, противоположном выбросу газов
- В том же направлении, что и выбрасываемые газы
- Ракета обязательно остаётся неподвижной
По закону сохранения импульса импульсы ракеты и выброшенных газов направлены противоположно друг другу, если первоначальный суммарный импульс системы равен нулю.
7. Тело массой 4 кг движется со скоростью 3 м/с. Чему равен его импульс?
- 1,33 кг·м/с
- 24 кг·м/с
- 12 кг·м/с
- 7 кг·м/с
Используем формулу p = mv. p = 4 · 3 = 12 кг·м/с.
8. Ракета и выбрасываемое топливо первоначально покоились. После выброса топливо массой 2 кг движется назад со скоростью 6 м/с. Какой импульс приобретает ракета?
- 12 кг·м/с назад
- 3 кг·м/с вперёд
- 8 кг·м/с вперёд
- 12 кг·м/с вперёд
Начальный импульс системы равен нулю. Импульс топлива p = 2 · 6 = 12 кг·м/с направлен назад. По закону сохранения импульса ракета получает импульс 12 кг·м/с вперёд.
10. Человек массой 60 кг стоит на неподвижной лодке массой 120 кг. Человек прыгает с лодки горизонтально со скоростью 4 м/с относительно берега. Какова скорость лодки после прыжка?
- 2 м/с в направлении, противоположном прыжку
- 2 м/с в направлении прыжка
- 1 м/с в направлении прыжка
- 4 м/с в направлении, противоположном прыжку
Начальный импульс равен нулю. По закону сохранения импульса: 60 · 4 + 120v = 0. Отсюда v = −240/120 = −2 м/с. Знак минус означает движение лодки в противоположную сторону.
11. Из неподвижной тележки массой 20 кг выбрасывают груз массой 5 кг со скоростью 4 м/с относительно земли. Какова скорость тележки после выброса?
- 2 м/с в направлении, противоположном выбросу груза
- 1 м/с в направлении, противоположном выбросу груза
- 4 м/с в направлении выброса груза
- 1 м/с в направлении выброса груза
Начальный импульс равен нулю. По закону сохранения импульса: 0 = 5 · 4 + 20v. Отсюда v = −20/20 = −1 м/с. Тележка движется в направлении, противоположном выбросу груза.
12. Как изменится движение ракеты, если увеличить скорость выброса газов при неизменной массе выбрасываемого вещества и массе ракеты?
- Импульс ракеты не изменится
- Импульс ракеты уменьшится
- Импульс ракеты увеличится по модулю
- Ракета начнёт двигаться в направлении выброса газов
По закону сохранения импульса импульс ракеты равен по модулю импульсу выброшенных газов, если система первоначально покоилась. При увеличении скорости газов увеличивается и модуль импульса ракеты.