Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Презентации / Урок-лекция "Основы космонавтики" (11 класс)

Урок-лекция "Основы космонавтики" (11 класс)


  • Физика

Название документа Основы космонавтики.docx

Поделитесь материалом с коллегами:


Конспект урока-лекции
"Основы космонавтики"

Цель урока: формирование знаний о теоретических и практических основах космонавтики.

Задачи обучения:
Общеобразовательные: формирование понятий:
- о теоретических и практических предпосылках, задачах и методах космических исследований;
- о связи космонавтики с астрономией, физикой и другими естественно-математическими науками и с техникой;
- о средствах космонавтики - космических летательных аппаратах (КЛА);
- об основных типах реактивных ракетных двигателей (РДТТ, ЖРД, ЭРД, ЯРД);
- о траекториях, скоростях и особенностях движения КЛА, особенностях межпланетной и межзвездной навигации.

Воспитательные: формирование научного мировоззрения учащихся в ходе знакомства с историей человеческого познания. Патриотическое воспитание при ознакомлении с выдающейся ролью российской науки и техники в развитии космонавтики. Политехническое образование и трудовое воспитание при изложении сведений о практическом применении космонавтики.

Развивающие: формирование умений решать задачи на применение законов движения космических тел, формул Циолковского и космических скоростей к описанию движения КЛА.

Ученики должны знать:
- о космонавтике (предмете, задаче и методах космонавтических исследований, связи ее с другими науками);
- о средствах космонавтики: основных типах КЛА, их устройстве и характеристиках;
- об основных типах ракетных двигателей,
- формулу Циолковского, формулы и значения I, II, III космических скоростей (для Земли);
- о траекториях полета КЛА и связи между формой их орбит и скоростью движения.

Ученики должны уметь: решать задачи на применение формулы Циолковского и законов движения космических тел для расчета характеристик движения КЛА.


Есть такое выражение:
Земля – это колыбель Человечества, а Космос – его будущая реальность.
Как вы понимаете его?
Так думали все русские космисты, и так думают сейчас русские учѐные, озабоченные решением проблем развивающейся земной цивилизации. Именно те из них, которые уже остро почувствовали, что ресурсы нашей планеты не безграничны на фоне неудержимого роста численности еѐ людского населения.
Действительно, только за один век, с 1900г. по 2000г. численность населения планеты возросла с 900 миллионов до 6,5 миллиарда человек.
А что будет в последующие 100 лет?
Тогда как всем нам людям хочется тепла и света, еды и воды, а так же много всего другого, что нужно любому человеку. Где это всѐ взять, да и где всем нам жить, причѐм в согласии со всем миром биосферы? Только под воздействием этих вопросов остро осознаешь то, что наша планета очень маленькая. А над нами звѐздное небо – эта громада безграничного космоса, с его бесчисленными
звѐздами и кружащих вокруг них планет, возможно, таких же, как наша Земля. И всю эту “целину” не только можно, а сколько уже нужно включать в оборот жизни Человечества. Иначе, хотим мы того или не хотим, но такой рост все возрастающей численности человечества неминуемо погубит, и саму земную цивилизацию, и планету. Надо расселяться в космос.

Итак, запишем тему нашего урока: Космонавтика

Сегодня мы с вами узнаем – что такое космонавтика,о космических летательных аппаратах (КЛА); реактивных ракетных двигателей);о траекториях, скоростях и особенностях движения КЛА, познакомимся с СТО
- Космона́втика (от греч. κόсmos — Вселенная и — nautikē- искусство мореплавания, кораблевождение) — теория и практика навигации за пределами атмосферы Земли для исследования космического пространства при помощи автоматических и пилотируемых космических аппаратов.

Другими словами, это наука и технология космических полётов

Мы кидаем мяч, он возвращается обратно. Почему так происходит?
Значит что нужно, чтобы отправиться в космос?
(В зависимости от значения начальной скорости дальнейшее движение тела может быть различным)

Космические скорости.
Наиболее простой случай движения тел вблизи поверхности Земли под действием силы тяжести — свободное падение с начальной скоростью, равной нулю. В этом случае тело движется прямолинейно с ускорением свободного падения по направлению к центру Земли. Если тело имеет начальную скорость, величина которой отлична от нуля, и ее вектор направлен не по вертикали, то тело под действием силы тяжести начнет двигаться с ускорением свободного падения по криволинейной траектории. Рассмотрим тело, находящееся за пределами земной атмосферы. Предположим, что вектор начальной скорости этого тела направлен по касательной к поверхности Земли. В зависимости от значения начальной скорости дальнейшее движение тела может быть различным:

а) при малых начальных скоростях (v01, v02, v03) тело упадет на Землю;

б) при некотором определенном значении скорости v1 (первая космическая скорость) тело станет искусственным спутником и начнет обращаться вокруг Земли, подобно ее естественному спутнику — Луне;

в) при еще большем увеличении значения скорости и достижении следующего определенного значения v2 (вторая космическая скорость) тело уйдет от Земли так далеко, что сила земного притяжения практически не будет влиять на его движение. Тело начнет обращаться вокруг Солнца, подобно искусственной планете;

г) наконец, если скорость тела достигнет определенного значения v3 — (третья космическая скорость), то данное тело навсегда уйдет из Солнечной системы в мировое пространство.


Рассмотрим случай, когда тело становится искусственным спутником Земли, т. е. определим первую космическую скорость v1. Найдем эту скорость по второму закону Ньютона из условия, что под действием силы тяготения тело приобретает центростремительное ускорение:hello_html_7ae53064.gif

hello_html_539929d7.gif(1)
где Rорб = R + h — средний радиус орбиты тела, R — радиус Земли, h — высота тела над поверхностью Земли,
М — масса Земли,m — масса тела (спутника).

Для центростремительного ускорения
hello_html_m202b3165.gif

Подставляя это выражение в формулу (1), после сокращений получаем:

hello_html_5f70fb35.gif.

У поверхности Земли с учетом выражения для ускорения свободного падения hello_html_7fd34320.gifможно положить h = 0. Тогда первая космическая скорость (без учета сопротивления воздуха) равна:

hello_html_26cd82b1.gif(2)

Таким образом, тело, скорость которого равна 7,9 *103 м/с и направлена по касательной относительно поверхности Земли, становится искусственным спутником Земли, движущимся по круговой орбите над Землей. В небесной механике первая космическая скорость называется также круговой скоростью.

Вторая космическая скорость определяется из условия, что тело должно уйти из сферы земного тяготения и стать спутником Солнца. Расчеты дают следующее выражение для определения второй космической скорости (без учета сопротивления воздуха):

hello_html_6dd322bd.gif(3) где R — радиус Земли.
Используя выражение (2), находим:
hello_html_m225c1e9e.gif(4)

Третья космическая скорость, или гиперболическая скорость, — это наименьшая начальная скорость, с которой тело должно преодолеть земное притяжение и выйти на околосолнечную орбиту со скоростью, необходимой для того, чтобы навсегда покинуть пределы Солнечной системы.

Расчеты дают следующую формулу для нахождения величины этой скорости:

hello_html_46d64f44.gif
где v 29,8 *10^3 м/с — скорость Земли на круговой орбите движения вокруг Солнца.

Подставляя значение второй космической скорости v2 в (5) и проведя расчет, получим, что тело должно иметь минимальную скорость v3 16,7 *103 м/с, чтобы покинуть пределы Солнечной системы.


На рисунке показаны орбиты космических аппаратов без учета возмущений, т. е. когда аппараты остаются вблизи Земли. Но когда космический аппарат удалится от Земли на значительное расстояние,то на дальнейшее его движение будет оказывать влияние, прежде всего, притяжение Солнца. Радиус сферы действия Земли принимаютhello_html_39759379.gif

равным примерно 930 тыс. км; на границе этой сферы влияние Солнца и Земли на космический ап-

парат одинаково. Момент достижения границы сферы действия Земли считается моментом выхода

космического аппарата на орбиту относительно Солнца.

Но можно ли это сделать с помощью ракетной техники?

«Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели» К. Э. Циолковский

Константи́н Эдуа́рдович Циолко́вский (1857- 1935,  СССР) — русский и советский учёный-самоучка и изобретатель, школьный учитель. Основоположник теоретической космонавтики. Обосновал использование ракет для полётов в космос, пришёл к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» — прототипов многоступенчатых ракет. Основные научные труды относятся к аэронавтике, ракетодинамике и космонавтике


Выдающийся исследователь, экспериментатор и изобретатель, он неустанным трудом поднялся до необычайных высот науки и научного предвидения, утвердил приоритет нашей Родины во многих областях воздухоплавания, авиации и особенно ракетной техники, имеющей сейчас столь актуальное значение. Идеи и труды в области ракетной техники — самое замечательное в его творчестве. Здесь он не имеет предшественников, намного опережает ученых всех стран и современную ему эпоху.
________________________

*ДОПОЛНИТЕЛЬНО
Заглядывая в будущее

В 1909 году я окончила Калужское епархиальное женское училище, где К. Э. Циолковский преподавал физику. Жил он тогда в маленьком домике на окраине нашего города (теперь в нем музей его имени).

Трудной, тяжелой была жизнь бедного учителя. Расходуя почти все свое скудное жалованье на содержание большой семьи и на опытные модели, он не имел денег даже на теплую одежду и обувь. Однажды в складчину ученицы купили ему галоши. Он молча принял их от нас в раздевалке, в только две крупные слезинки, скатившиеся на пол, выразили его чувства.

Нередко ученицы провожали его домой, готовые без конца слушать увлекательнейшие рассказы о путешествиях по воздуху, по дорогам, пролегающим между планетами. Он прощался с нами за мостом, где в непролазной грязи лежала Коровинская улица, на краю, которой стоял его дом. Лил дождь, сгущались сумерки, но не хотелось идти обратно, зная, что лишишься удовольствия слушать вдохновенные, чудесные слова о будущем человечества. А как он умел вдохновляться, наш милый мечтатель!

Даже в классе, слушая ответ ученицы, он часто вскакивал со стула и кричал:

Нашел! Нашел! Понятно!

Константин Эдуардович кидался к своей тетради, что-то лихорадочно записывал и только после этого снова обращался к классу.

В своих питомцах он старался развивать любознательность, пытливость. Законы физики преподносились им в тесной связи с жизнью, с опытом. Помнится, как мы вздрагивали, когда, взявшись за руки, ощущали слабый электрический ток, который наш учитель вырабатывал на портативном школьном приборе. Если при этом кто-нибудь из нас малодушничал и отнимал руку, разрывая цепь, Циолковский сердился и кричал:

Вы что же хотите, чтобы науку изучать, как чаи распивать? Так не выйдет, сударыня!

Сколько чистого, светлого, благородного внес в сердца своих воспитанниц и воспитанников этот добрый, отзывчивый человек, исследователь, чьи мечты ныне стали былью.

О. ТРЕТЬЯКОВА-ЗУБКОВА, учительница
________________________________________


Он автор собрания сочинений из пяти томов, посвященных вопросам аэродинамики, реактивным летательным аппаратам, том о цельнометаллическом дирижабле, том посвященный проблемам физики, астрономии и другим вопросам естествознания. В пятый том вошли автобиография Циолковского, а также различные ценные документы о его жизни и деятельности, переписка и библиография. Циолковский также производит опыты по аэродинамике, создаёт проекты самолета и дирижабля. Идея создания ракетного двигателя, работающего на жидком топливе, также принадлежит Циолковскому.

«Основной мотив моей жизни – сделать что-нибудь полезное для людей, не прожить да-ром жизнь, продвинуть человечество хоть немного вперёд. Вот почему я интересовался тем, что не давало мне ни хлеба, ни силы. Но я надеюсь, что мои работы, может быть скоро, а может быть в отдалённом будущем, дадут обществу горы хлеба и бездну могущества».
К. Э. Циолковский
Раке́та
 (от итал. rocchetta — маленькое веретено, через нем. Rakete или нидерл. raket) — летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной тяги, возникающей только вследствие отброса части собственной массы (рабочего тела) аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, то он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме. Словом ракета обозначают широкий спектр летающих устройств от праздничной петарды до космической ракеты-носителя.

Принцип действия ракеты очень прост. Ракета с большой скоростью выбрасывает вещество (газы), воздействуя на него с большой силой. Выбрасываемое вещество с той же, но противоположно направленной силой, в свою очередь, действует на ракету и сообщает ей ускорение в противоположном направлении. Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени.
Многоступе́нчатая раке́та  летательный аппарат, состоящий из двух или более механически соединённых ракет, называемых ступенями, разделяющихся в полёте. Многоступенчатая ракета позволяет достигнуть скорости большей, чем каждая из её ступеней в отдельности.
Ракета является весьма «затратным» транспортным средством.
 Ракеты-носители космических аппаратов «транспортируют», главным образом, топливо, необходимое для работы их 
Составная ракета позволяет более рационально использовать ресурсы за счёт того, что в полёте ступень, выработавшая своё топливо, отделяется, и остальное топливо ракеты не тратится на ускорение конструкции отработавшей ступени, ставшей ненужной для продолжения полёта. 


В каждой ракете имеется
реактивный двигатель, предназначенный для ракет и не использующий для работы окружающую среду. В РД происходит не только преобразование подводимой к двигателю энергии в кинетическую энергию движения рабочего тела двигателя, но и непосредственно создается движущая сила тяги в виде реакции струи вытекающего из двигателя рабочего тела.


Как вы думаете, что можно использовать в качестве топлива для ракет?.

Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) - РД, работающий на жидком ракетном топливе. Предложен К. Э. Циолковским в 1903 году. Основной двигатель современной космической техники. Тяга от долей грамма до сотен тонн. По назначению ЖРД делятся на основные (маршевые), тормозные, корректирующие и т. д. В качестве топлива применяют: из окислителей - кислород жидкий, четырехокись азота, перекись водорода; из горючих - керосин, гидразин, аммиак жидкий, водород жидкий. Наиболее перспективны сочетание жидких водорода и кислорода

Ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) применяется около 2000 лет - широко в ракетной артиллерии и ограниченно в космонавтике. Диапазон тяг РДТТ колеблется от грамм до сотен тонн (для мощных РД). Топливо в виде зарядов (вначале - дымного пороха, с конца XIX века - бездымного пороха, с середины ХХ века - специальные составы) полностью помещается в камеру сгорания. После запуска горение обычно продолжается до полного выгорания топлива, изменение тяги не регулируется. По конструкции и эксплуатации наиболее прост, но имеет ряд недостатков: низкая удельная тяга, однократность запуска и т. д.
Для увеличения удельной тяги перспективно использование ядерной энергии. Экспериментальные образцы ядерных ракетных двигателей (ЯРД) разрабатывались с середины 60-х годов в СССР и США. В настоящее время Россия является единственным государством, располагающим маршевым ЯРД

Продолжаются разработки электрических РД (ЭРД) - электротермических, электромагнитных, ионных. Первые экспериментальные образцы ЭРД были созданы в СССР в 1929-30 г.г.; в настоящее время ЭРД используются в качестве двигателей ориентации КЛА России и США. Маршевый ионный двигатель установлен на АМС, запущенной в конце 90-х гг. в США

Как вы думаете, во сколько раз масса топлива больше массы ценного груза?

Только этим объясняется громадный вес ракетных систем на стартовом столе: у “Энергии” – 2000 тон при весе корабля около 100 тон, у “Шатла” – 2750 тон и 135 тон соответственно. Они, образно говоря, представляют собой современные “технические динозавры”. Согласно расчѐтам для экспедиции к ближайшим к нам звѐздам (Проксима Центавра, Альфа Центавра, звезда Бернарда, расположенным на расстоянии примерно в 4,23 светового года), в разумный промежуток времени путешествия (длительность полѐта в один конец равна 60 годам – 30 лет разгон и 30 лет торможение с ускорением в 1g) масса “рабочего тела” ракеты станет сравнима с массой всей Солнечной системы. О КПД здесь и говорить не приходиться, поскольку он ничтожно мал, в целом около 10-30 %. Если же, в силу традиции, как это делается сейчас, лететь только туда по инерции, разогнавшись до 3 космической скорости, то полѐт будет длиться около 100 тысяч лет

Формула К. Э. Циолковского описывает движение ракеты в космическом пространстве без учета действия внешних условий и характеризует энергетические ресурсы ракеты
Формула Циолковского определяет скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил. Эта скорость называется характеристической.

hello_html_m71de2170.png
где u — скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя; M0 — начальная (стартовая) масса ракеты; Mk — масса ракеты без топлива (в конце работы двигателя на активном участке траектории полёта ракеты); Мт — масса выгоревшего топлива. Отношение Мт/Мк — называется числом Циолковского. ФЦ можно пользоваться для приближённых оценок динамических характеристик полёта ракет и в тех случаях, когда силы аэродинамического сопротивления и тяжести невелики по сравнению с реактивной силой. Циолковский обобщил формулу и для случая движения ракеты в однородном поле силы тяжести.

ФЦ даёт только верхнюю границу скорости ракеты. Действительная (реальная) конечная скорость всегда будет меньше вследствие неизбежных потерь на преодоление силы тяготения при подъёме ракеты на высоту, сил аэродинамического сопротивления и др.ФЦ можно использовать для анализа лётных характеристик многоступенчатых ракет.

*Формула Циолковского позволяет рассчитать запас топлива, необходимый, чтобы сообщить ракете скорость υ. В частности, можно получить, что запас топлива, необходимого для осуществления межзвездного путешествия (с возвращением обратно), должен превышать массу космического корабля в несколько тысяч раз. Но для межзвездных перелетов ракеты на химическом топливе абсолютно непригодны. Расстояния до звезд измеряются световыми годами – от ближайшей звезды свет идет до Земли около 4 лет. Поэтому для достижения даже ближайших звезд нужны космические корабли, скорости которых близки к скорости света c. Если, например, скорость ракеты должна составлять четверть скорости света, то на каждую тонну полезного груза должно приходиться 5∙103327 тонн топлива!
Только этим объясняется громадный вес ракетных систем на стартовом столе: у “Энергии” – 2000 тон при весе корабля около 100 тон, у “Шатла” – 2750 тон и 135 тон соответственно. Они, образно говоря, представляют собой современные “технические динозавры”. Согласно расчѐтам для экспедиции к ближайшим к нам звѐздам (Проксима Центавра, Альфа Центавра, звезда Бернарда, расположенным на расстоянии примерно в 4,23 светового года), в разумный промежуток времени путешествия (длительность полѐта в один конец равна 60 годам – 30 лет разгон и 30 лет торможение с ускорением в 1g) масса “рабочего тела” ракеты станет сравнима с массой всей Солнечной системы. О КПД здесь и говорить не приходиться, поскольку он ничтожно мал, в целом около 10-30 %. Если же, в силу традиции, как это делается сейчас, лететь только туда по инерции, разогнавшись до 3 космической скорости, то полѐт будет длиться около 100 тысяч лет.

(Кстати, при таких скоростях применима только релятивистская формула Циолковского; она еще больше увеличивает необходимое количество топлива). Обычно, когда имеют дело с очень большими величинами, их называют «астрономическими». В данном случае такое сравнение не годится – речь идет о величинах несравненно большего масштаба. Вряд ли имеет смысл говорить о движении столь фантастически гигантского космического корабля относительно Вселенной, имеющей по сравнению с ним ничтожную массу
Было бы неосторожно на основании вышеизложенного сделать вывод, что звездные миры никогда не будут доступны земным космонавтам. Только отдаленное будущее покажет, возможно это или нет. Для превращения ракеты в звездолет, прежде всего, необходимо повысить скорость струи, приблизив ее к скорости света. Идеальным был бы случай
 u = c. 





 Астронавтика - раздел космонавтики, исследующий проблемы межзвездных полетов. В настоящее время изучает в основном теоретические проблемы механики перелета, поскольку современная наука не располагает сведениями для решения технических вопросов достижения звезд.

Астронавтика
- . [от греч. astron - звезда и nautikē- (море)плавание]. отрасль, изучающая принципы космических полетов.

Астронавтика 
1. В США и некоторых других странах: космонавтика.
2. В фантастике: звездоплавание, путешествия к звёздам и планетам. * * * астронавтика то же, что космонавтикаhello_html_33392424.png

Держу пари, любой из вас знает о существовании теории относительности. Скажу больше, могу поспорить, что в кругу ваших знакомых не найдется ни одного человека, который пусть мимоходом, пусть краем уха, никогда в жизни не слышал если не о Специальной Теории Относительности (СТО) per se, то хотя бы о ее эффектах. Про то, что существует некая полумифическая скорость света, при достижении которой начинаются творится разные чудеса — замедляется время, укорачиваются расстояния, увеличивается масса и так далее — слышали все.

Специальная теория относительности (СТО) (англ. special theory of relativity; частная теория относительности; релятивистская механика) — теория, описывающая преобразование законов движения, законов механики, электродинамики и  теории гравитации на основе пространственно-временных отношений в инерциальных системах отсчёта, при скоростях движения, которые могут достигать скорости света

Но что бывает человек умеющий читать и при этом ни разу не слышавший о космических ракетах и скорости света — в такое я поверить не могу.
Хочется нам или нет, но одну вещь все же придется принять на веру. Не существует отдельного пространства и независимого от него времени. Есть единое пространство–время или spacetime по–английски. Каждый из нас знает, что в мире есть три измерения. Мы можем двигаться "вперед–назад" и "вправо–влево", а если бы у нас были крылья и мы могли бы летать как птицы, то познакомились бы еще с одним измерением "вверх–вниз". Кстати, с понятием "вниз" каждый обязательно знакомится в течении жизни, периодически отделываясь от него травмами разной степени тяжести, а вот понятие "вверх" для большинства так и остается несбыточной мечтой. Ну, или лифтом, в конце концов.

Со временем немного сложнее. Во времени нет никакого "вперед–назад", есть только вперед, но при некой доли фантазии можно себе представить эту самую ось времени как отдельную координату, а при хорошей доли этой самой фантазии, можно даже совместить три оси пространственных координат и одну временную в некую общую сущность пространства–времени. Чтобы не сильно морочить мозг двухмерными проекциями четырехмерных пространств, представим себе, что есть только одна пространственная координата, в сумме сразу отвечающая за все три.
Короче, упростим четырехмерное пространство–время до двухмерного, исключительно из–за простоты рисования на экране.
А теперь представьте, что когда–то давно, возможно в самой начальной точке существования, во время самого Большого Взрыва, каждому телу во Вселенной, каждому электрону, каждому атому, каждой звезде (хоть в момент Большого Взрыва звезд как таковых еще и не было) т.е. говоря научным языком — придал некий "
импульс", который я буду называть "изначальным импульсом" или "импульсом Большого Взрыва".

Да, не смейтесь. Я сам знаю, что никакого "
импульса Большого Взрыва" не существует. Это и есть та самая образная аналогия на пальцах™, нет нужды в обвинениях, что я все это выдумал. Сам же признаюсь — выдумал. Исключительно в корыстных образовательных целях.

Так вот, этот самый импульс (пинок под зад) был задан сразу в четырех координатах, сразу во всем пространстве–времени. А как мы знаем, любой импульс только и делает, что стремится сохраниться, даже закон такой придумали — закон сохранения импульса.

И вот, любое тело, которое существует в нашей Вселенной сохраняет этот импульс, и продолжает по инерции двигаться вперед по оси времени, перемещаясь из прошлого в будущее. Ну, я думаю каждый читающий лично знает, каково это — перемещаться из прошлого в будущее, если кто не в курсе, потом как–нибудь продемонстрирую.

Но вот данное тело вдруг обрело разум (или получило уже другой, чисто пространственный пинок под зад) и решило двигаться не только во времени, но и перемещаться в пространстве. Село тело в ракету и отправилось в космическое путешествие. И вот какая штука получается. "Импульс общего движения" у тела всегда сохраняется неизменной величиной. Соответственно, чем больше тело перемещается по пространству (в смысле, чем больше его скорость перемещения по пространственной координате), тем меньше у этого тела остается перемещения по координате временной. Для сохранения общего "импульса Большого Взрыва", телу приходится выбирать — или быстро двигаться по пространству, и при этом существенно тормозить во времени, или же двигаться по пространству не очень быстро, а значит почти ничего не забирать из временной составляющей.
hello_html_394b77f.jpghello_html_m68a3b782.jpg

При движении со скоростью света мы полностью выбираем всю энергию "изначального импульса", и на время уже ничего не остается. Ведь изначальный импульс у каждого тела не бесконечен, и при желании его можно весь выбрать до конца. Это значит, что любой, кто движется по пространству со скоростью света полностью перестает двигаться по времени, для него время застывает. К слову, подобное удается лишь фотонам, безмассовым частицам. Для фотонов света времени в принципе не существует, у них нет ни прошлого ни будущего, для них всегда "сейчас".

Именно из–за этого невозможно двигаться в пространстве быстрее скорости света. Откуда энергию брать? Выше "
изначального импульса" не прыгнешь, любые наши разгоны на ракетах по пространству — не более чем отбор энергии у временной составляющей. А скорость света тот предел, где времени больше не существует и брать уже нечего.

Постулаты СТО

В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

  1. Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный принцип называют принципом относительности Эйнштейна.

  2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую

Эффекты СТО

Замедление времени

Время в движущейся системе отсчета течет медленнее:

hello_html_74e74d4c.png,

где hello_html_9213410.png - промежуток времени между двумя событиями в движущейся со скоростью hello_html_m47032dd6.png системе отсчёта, hello_html_67f4ebd4.png- промежуток времени между этими же событиями, отсчитываемый в покоящейся системе отсчёта.


Сокращение линейных размеров

Линейные размеры тел в движущейся системе отсчета сокращаются:

hello_html_72c97d1b.png, для длины.

hello_html_m73130805.png, для объема.

Такое сокращение размеров еще называют лоренцевым сокращением.

 «Утяжеление» при движении

Релятивистская масса движущегося объекта больше массы покоя:

hello_html_7bd11064.png.


 В сентябре этого года ученые из Швейцарского ЦЕРНа и итальянской лаборатории Гран Сассо обнаружили, что нейтрино могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Это открытие может перевернуть взгляд на физику – специальная теория относительности Альберта Эйнштейна оказалась бы неверной.
Если эксперименты подтвердят, что субатомные частицы могут двигаться быстрее света, это будет противоречить специальной теории относительности. А это может создавать множество парадоксов. По теории относительности превышение скорости света частицей имеющей массу, делает ее массу бесконечной, и влечет за собой изменение времени. Следовательно, с разрушением теории относительности можно будет рассматривать всеми любимые путешествия во времени и другие вещи, которые считаются фантастическими. Но пока – это все еще теория.

Вопросы:

  1. Зачем нужна космонавтика?

  2. Опишите первую, вторую и третью космические скорости.

  3. По каким орбитам могут двигаться космические аппараты? Каким геометрическим линиям соответствуют орбиты космических аппаратов для первой, второй и третьей космических скоростей?

  4. Какие типы ракет знаете? Какое топливо в них используется?

  5. Расскажите об общих проблемах космонавтики.

  6. Где и почему выгоднее располагать космодромы: на полюсах или на экваторе Земли?


Скорость увеличивается за счет прибавления окружной скорости космодрома. Окружная скорость космодрома – это скорость его движения вокруг оси Земли, благодаря суточному вращению планеты. Чем ближе космодром к экватору, тем больше дистанция между ним и земной осью вращения – и тем выше его окружная скорость.
(Последний слайд)


Название документа Основы космонавтики.ppt

Поделитесь материалом с коллегами:

* Земля – это колыбель Человечества, а Космос – его будущая реальность
Космона́втика  (от греч. κόmos — Вселенная и — nautikē- искусство мореплавани...
Космические скорости
Движение спутника по круговой орбите Первая космическая скорость (круговая) г...
У поверхности Земли с учетом выражения для ускорения свободного падения можно...
Вторая космическая скорость где R — радиус Земли Используя выражение для перв...
Формы орбит космических аппаратов 1-круговая, 2- эллиптическая, 3-параболичес...
«Планета есть колыбель разума,но нельзя вечно жить в колыбели». К. Э. Циолков...
Константи́н Эдуа́рдович Циолко́вский  (1857-1935) — русский и советский учены...
Реактивное движение – это движение, происходящее за счет отделения от тела с...
Многоступенчатая ракета Первая ступень автоматически отбрасывается после того...
Виды ракетных двигателей - Жидкостный ракетный двигатель - Ракетный двигатель...
Формула Циолковского определяет скорость, которую развивает летательный аппар...
В ОТО формула Циолковского принимает другой вид
 Астронавтика - раздел космонавтики, исследующий проблемы межзвездных полетов...
Постулаты СТО ●●Принцип относительности: все законы природы инвариантны по от...
 Эффекты СТО .
?
 Надпись в парке имени Циолковского
Вопросы: 1) Что такое космонавтика? 2) Опишите первую, вторую и третью космич...
1 из 22

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 * Земля – это колыбель Человечества, а Космос – его будущая реальность
Описание слайда:

* Земля – это колыбель Человечества, а Космос – его будущая реальность

№ слайда 2 Космона́втика  (от греч. κόmos — Вселенная и — nautikē- искусство мореплавани
Описание слайда:

Космона́втика  (от греч. κόmos — Вселенная и — nautikē- искусство мореплавания, кораблевождение)  — теория и практика навигации за пределами атмосферы Земли для исследования космического пространства при помощи автоматических и пилотируемых космических аппаратов

№ слайда 3 Космические скорости
Описание слайда:

Космические скорости

№ слайда 4 Движение спутника по круговой орбите Первая космическая скорость (круговая) г
Описание слайда:

Движение спутника по круговой орбите Первая космическая скорость (круговая) где Rорб = R + h — средний радиус орбиты тела, R — радиус Земли, h — высота тела над поверхностью Земли, М — масса Земли, m — масса тела (спутника). Подставляя в (1) получим По второму закону Ньютона: Для центростремительного ускорения:

№ слайда 5 У поверхности Земли с учетом выражения для ускорения свободного падения можно
Описание слайда:

У поверхности Земли с учетом выражения для ускорения свободного падения можно положить h = 0 Тогда:

№ слайда 6 Вторая космическая скорость где R — радиус Земли Используя выражение для перв
Описание слайда:

Вторая космическая скорость где R — радиус Земли Используя выражение для первой космической скорости, имеем Третья космическая скорость (гиперболическая)

№ слайда 7 Формы орбит космических аппаратов 1-круговая, 2- эллиптическая, 3-параболичес
Описание слайда:

Формы орбит космических аппаратов 1-круговая, 2- эллиптическая, 3-параболическая, 4-гиперболическая

№ слайда 8 «Планета есть колыбель разума,но нельзя вечно жить в колыбели». К. Э. Циолков
Описание слайда:

«Планета есть колыбель разума,но нельзя вечно жить в колыбели». К. Э. Циолковский

№ слайда 9 Константи́н Эдуа́рдович Циолко́вский  (1857-1935) — русский и советский учены
Описание слайда:

Константи́н Эдуа́рдович Циолко́вский  (1857-1935) — русский и советский ученый-самоучка и изобретатель, школьный учитель. Основоположник теоретической космонавтики. Обосновал использование ракет для полётов в космос, пришёл к выводу о необходимости использования «ракетных поездов» — прототипов многоступенчатых ракет

№ слайда 10 Реактивное движение – это движение, происходящее за счет отделения от тела с
Описание слайда:

Реактивное движение – это движение, происходящее за счет отделения от тела с какой-то скоростью некоторой его части. Раке́та -летательный аппарат двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной, возникающей только вследствие отброса части собственной массы (рабочего тела) аппарата и без использования вещества из окружающей среды.

№ слайда 11 Многоступенчатая ракета Первая ступень автоматически отбрасывается после того
Описание слайда:

Многоступенчатая ракета Первая ступень автоматически отбрасывается после того, как топливо и окислитель полностью израсходованы. Вступает в действие двигатель второй ступени Скорость ракеты увеличивается.

№ слайда 12 Виды ракетных двигателей - Жидкостный ракетный двигатель - Ракетный двигатель
Описание слайда:

Виды ракетных двигателей - Жидкостный ракетный двигатель - Ракетный двигатель твердого топлива - Ядерный ракетный двигатель - Электрический ракетный двигатель

№ слайда 13 Формула Циолковского определяет скорость, которую развивает летательный аппар
Описание слайда:

Формула Циолковского определяет скорость, которую развивает летательный аппарат под воздействием тяги ракетного двигателя, неизменной по направлению, при отсутствии всех других сил. где u — скорость истечения продуктов сгорания из сопла ракетного двигателя Mо — начальная (стартовая) масса ракеты; Mk — масса ракеты без топлива (в конце работы двигателя на активном участке траектории полёта ракеты); Мт — масса выгоревшего топлива

№ слайда 14 В ОТО формула Циолковского принимает другой вид
Описание слайда:

В ОТО формула Циолковского принимает другой вид

№ слайда 15  Астронавтика - раздел космонавтики, исследующий проблемы межзвездных полетов
Описание слайда:

 Астронавтика - раздел космонавтики, исследующий проблемы межзвездных полетов. В настоящее время изучает в основном теоретические проблемы механики перелета, поскольку современная наука не располагает сведениями для решения технических вопросов достижения звезд. Специальная теория относительности (СТО) (англ. special theory of relativity; частная теория относительности; релятивистская механика) — теория, описывающая преобразование законов движения, законов механики, электродинамики и теории гравитации на основе пространственно-временных отношений в инерциальных системах отсчёта, при скоростях движения, которые могут достигать скорости света

№ слайда 16
Описание слайда:

№ слайда 17 Постулаты СТО ●●Принцип относительности: все законы природы инвариантны по от
Описание слайда:

Постулаты СТО ●●Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. ●● Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

№ слайда 18  Эффекты СТО .
Описание слайда:

Эффекты СТО .

№ слайда 19 ?
Описание слайда:

?

№ слайда 20  Надпись в парке имени Циолковского
Описание слайда:

Надпись в парке имени Циолковского

№ слайда 21 Вопросы: 1) Что такое космонавтика? 2) Опишите первую, вторую и третью космич
Описание слайда:

Вопросы: 1) Что такое космонавтика? 2) Опишите первую, вторую и третью космические скорости. Назовите их численное значение. 3) По каким орбитам могут двигаться космические аппараты? Каким геометрическим линиям соответствуют орбиты космических аппаратов для первой, второй и третьей космических скоростей? 4) Какие типы ракет знаете? Какое топливо в них используется? 5) Расскажите об общих проблемах космонавтики. 6) Где и почему выгоднее располагать космодромы: на полюсах или на экваторе Земли?

№ слайда 22
Описание слайда:


Автор
Дата добавления 10.09.2016
Раздел Физика
Подраздел Презентации
Просмотров135
Номер материала ДБ-185715
Получить свидетельство о публикации


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх