Η Cosmonautics επιτυγχάνει τακτικά εκπληκτική επιτυχία. Οι τεχνητοί δορυφόροι της Γης βρίσκουν συνεχώς όλο και περισσότερες διαφορετικές εφαρμογές. Το να είσαι αστροναύτης σε τροχιά κοντά στη Γη έχει γίνει συνηθισμένο. Αυτό θα ήταν αδύνατο χωρίς τον κύριο τύπο της αστροναυτικής - την εξίσωση Tsiolkovsky.
Στην εποχή μας, συνεχίζεται η μελέτη τόσο των πλανητών όσο και άλλων σωμάτων του ηλιακού μας συστήματος (Αφροδίτη, Άρης, Δίας, Ουρανός, Γη κ.λπ.) και μακρινών αντικειμένων (αστεροειδείς, άλλα συστήματα και γαλαξίες). Τα συμπεράσματα σχετικά με τα χαρακτηριστικά της κοσμικής κίνησης των σωμάτων του Τσιολκόφσκι έθεσαν τα θεμέλια για τα θεωρητικά θεμέλια της αστροναυτικής, τα οποία οδήγησαν στην εφεύρεση δεκάδων μοντέλων ηλεκτρικών κινητήρων τζετ και εξαιρετικά ενδιαφέροντων μηχανισμών, για παράδειγμα, ένα ηλιακό πανί.
Κύρια προβλήματα της εξερεύνησης του διαστήματος
Τρεις τομείς έρευνας και ανάπτυξης στην επιστήμη και την τεχνολογία προσδιορίζονται σαφώς ως προβλήματα της εξερεύνησης του διαστήματος:
- Πετώντας γύρω από τη Γη ή κατασκευή τεχνητών δορυφόρων.
- πτήσεις σελήνης.
- Πλανητικές πτήσεις και πτήσεις προς τα αντικείμενα του ηλιακού συστήματος.
Η εξίσωση του Τσιολκόφσκι για την αεριωθούμενη πρόωση συνέβαλε στο γεγονός ότι η ανθρωπότητα έχει επιτύχει εκπληκτικά αποτελέσματα σε κάθε έναν από αυτούς τους τομείς. Και επίσης, έχουν εμφανιστεί πολλές νέες εφαρμοσμένες επιστήμες: διαστημική ιατρική και βιολογία, συστήματα υποστήριξης ζωής σε διαστημόπλοιο, διαστημικές επικοινωνίες κ.λπ.
Επιτεύγματα στην αστροναυτική
Οι περισσότεροι άνθρωποι σήμερα έχουν ακούσει για σημαντικά επιτεύγματα: την πρώτη προσγείωση στο φεγγάρι (ΗΠΑ), τον πρώτο δορυφόρο (ΕΣΣΔ) και άλλα παρόμοια. Εκτός από τα πιο διάσημα επιτεύγματα για τα οποία ακούνε όλοι, υπάρχουν και πολλά άλλα. Συγκεκριμένα, η ΕΣΣΔ ανήκει:
- πρώτος τροχιακός σταθμός;
- πρώτο πέταγμα του φεγγαριού και φωτογραφίες της μακρινής πλευράς;
- πρώτη προσγείωση στο φεγγάρι ενός αυτοματοποιημένου σταθμού;
- πρώτες πτήσεις οχημάτων σε άλλους πλανήτες;
- πρώτη προσγείωση στην Αφροδίτη και τον Άρη, κ.λπ.
Πολλοί άνθρωποι δεν συνειδητοποιούν καν πόσο μεγάλα ήταν τα επιτεύγματα της ΕΣΣΔ στον τομέα της κοσμοναυτικής. Αν μη τι άλλο, ήταν πολύ περισσότερα από τον πρώτο δορυφόρο.
Αλλά οι Ηνωμένες Πολιτείες συνέβαλαν λιγότερο στην ανάπτυξη της αστροναυτικής. Στις ΗΠΑ πραγματοποιήθηκε:
- Όλες οι σημαντικές πρόοδοι στη χρήση της τροχιάς της Γης (δορυφόροι και δορυφορικές επικοινωνίες) για επιστημονικούς σκοπούς και εφαρμογές.
- Πολλές αποστολές στη Σελήνη, εξερεύνηση του Άρη, του Δία, της Αφροδίτης και του Ερμή από αποστάσεις.
- Σετεπιστημονικά και ιατρικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε μηδενική βαρύτητα.
Και, αν και αυτή τη στιγμή τα επιτεύγματα άλλων χωρών ωχριούν σε σύγκριση με την ΕΣΣΔ και τις ΗΠΑ, η Κίνα, η Ινδία και η Ιαπωνία συμμετείχαν ενεργά στην εξερεύνηση του διαστήματος την περίοδο μετά το 2000.
Ωστόσο, τα επιτεύγματα της αστροναυτικής δεν περιορίζονται στα ανώτερα στρώματα του πλανήτη και στις υψηλές επιστημονικές θεωρίες. Είχε επίσης μεγάλη επιρροή στην απλή ζωή. Ως αποτέλεσμα της εξερεύνησης του διαστήματος, τέτοια πράγματα έχουν έρθει στη ζωή μας: κεραυνοί, Velcro, Teflon, δορυφορικές επικοινωνίες, μηχανικοί χειριστές, ασύρματα εργαλεία, ηλιακοί συλλέκτες, μια τεχνητή καρδιά και πολλά άλλα. Και ήταν η φόρμουλα ταχύτητας του Tsiolkovsky, η οποία βοήθησε να ξεπεραστεί η βαρυτική έλξη και συνέβαλε στην εμφάνιση της διαστημικής πρακτικής στην επιστήμη, που βοήθησε στην επίτευξη όλων αυτών.
Ο όρος "κοσμοδυναμική"
Η εξίσωση του Tsiolkovsky αποτέλεσε τη βάση της κοσμοδυναμικής. Ωστόσο, αυτός ο όρος πρέπει να γίνει κατανοητός με περισσότερες λεπτομέρειες. Ειδικά στο θέμα των εννοιών που βρίσκονται κοντά σε αυτό ως προς το νόημα: αστροναυτική, ουράνια μηχανική, αστρονομία κ.λπ. Η κοσμοναυτική μεταφράζεται από τα ελληνικά ως «κολύμπι στο Σύμπαν». Στη συνήθη περίπτωση, αυτός ο όρος αναφέρεται στη μάζα όλων των τεχνικών δυνατοτήτων και επιστημονικών επιτευγμάτων που επιτρέπουν τη μελέτη του διαστήματος και των ουράνιων σωμάτων.
Οι διαστημικές πτήσεις είναι αυτό που ονειρευόταν η ανθρωπότητα εδώ και αιώνες. Και αυτά τα όνειρα έγιναν πραγματικότητα, από τη θεωρία στην επιστήμη, και όλα χάρη στη φόρμουλα Tsiolkovsky για την ταχύτητα του πυραύλου. Από τα έργα αυτού του μεγάλου επιστήμονα, γνωρίζουμε ότι η θεωρία της αστροναυτικής βασίζεται σε τρίαπυλώνες:
- Θεωρία που περιγράφει την κίνηση των διαστημικών σκαφών.
- Ηλεκτρο-πυραυλοκινητήρες και η παραγωγή τους.
- Αστρονομική γνώση και εξερεύνηση του Σύμπαντος.
Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, πολλοί άλλοι επιστημονικοί και τεχνικοί κλάδοι εμφανίστηκαν στη διαστημική εποχή, όπως: συστήματα ελέγχου διαστημικών σκαφών, συστήματα επικοινωνίας και μετάδοσης δεδομένων στο διάστημα, διαστημική πλοήγηση, διαστημική ιατρική και πολλά άλλα. Αξίζει να σημειωθεί ότι την εποχή που γεννήθηκαν τα θεμέλια της αστροναυτικής, δεν υπήρχε καν ραδιόφωνο ως τέτοιο. Η μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και η μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις με τη βοήθειά τους μόλις ξεκινούσε. Ως εκ τούτου, οι ιδρυτές της θεωρίας εξέτασαν σοβαρά τα φωτεινά σήματα - οι ακτίνες του ήλιου που αντανακλώνται προς τη Γη - ως τρόπο μετάδοσης δεδομένων. Σήμερα είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς την κοσμοναυτική χωρίς όλες τις σχετικές εφαρμοσμένες επιστήμες. Σε εκείνους τους μακρινούς χρόνους, η φαντασία αρκετών επιστημόνων ήταν πραγματικά εκπληκτική. Εκτός από τις μεθόδους επικοινωνίας, έθιξαν επίσης θέματα όπως η φόρμουλα Τσιολκόφσκι για έναν πύραυλο πολλαπλών σταδίων.
Μπορεί κανείς να ξεχωρίσει κάποιον κλάδο ως τον κύριο από όλη την ποικιλία; Είναι η θεωρία της κίνησης των κοσμικών σωμάτων. Είναι αυτή που χρησιμεύει ως ο κύριος σύνδεσμος, χωρίς τον οποίο η αστροναυτική είναι αδύνατη. Αυτός ο τομέας της επιστήμης ονομάζεται κοσμοδυναμική. Αν και έχει πολλά πανομοιότυπα ονόματα: ουράνια ή διαστημική βαλλιστική, μηχανική διαστημικών πτήσεων, εφαρμοσμένη ουράνια μηχανική, επιστήμη της κίνησης τεχνητών ουράνιων σωμάτων καικλπ. Όλα αναφέρονται στον ίδιο κλάδο σπουδών. Τυπικά, η κοσμοδυναμική μπαίνει στην ουράνια μηχανική και χρησιμοποιεί τις μεθόδους της, αλλά υπάρχει μια εξαιρετικά σημαντική διαφορά. Η Ουράνια Μηχανική μελετά μόνο τις τροχιές· δεν έχει άλλη επιλογή, αλλά η κοσμοδυναμική έχει σχεδιαστεί για να προσδιορίζει τις βέλτιστες τροχιές για την επίτευξη ορισμένων ουράνιων σωμάτων με διαστημόπλοιο. Και η εξίσωση Tsiolkovsky για την πρόωση αεριωθουμένων επιτρέπει στα πλοία να προσδιορίσουν ακριβώς πώς μπορούν να επηρεάσουν την πορεία πτήσης.
Η κοσμοδυναμική ως επιστήμη
Από τότε που ο K. E. Tsiolkovsky συνήγαγε τον τύπο, η επιστήμη της κίνησης των ουράνιων σωμάτων έχει πάρει σταθερά σχήμα ως κοσμοδυναμική. Επιτρέπει στα διαστημόπλοια να χρησιμοποιούν μεθόδους για να βρουν τη βέλτιστη μετάβαση μεταξύ διαφορετικών τροχιών, που ονομάζεται τροχιακός ελιγμός, και είναι η βάση της θεωρίας της κίνησης στο διάστημα, όπως η αεροδυναμική είναι η βάση της ατμοσφαιρικής πτήσης. Ωστόσο, δεν είναι η μόνη επιστήμη που ασχολείται με αυτό το θέμα. Εκτός από αυτό, υπάρχει και δυναμική πυραύλων. Και οι δύο αυτές επιστήμες αποτελούν μια σταθερή βάση για τη σύγχρονη διαστημική τεχνολογία, και αμφότερες περιλαμβάνονται στην ενότητα της ουράνιας μηχανικής.
Κοσμοδυναμική αποτελείται από δύο κύριες ενότητες:
- Η θεωρία της κίνησης του κέντρου αδράνειας (μάζας) ενός αντικειμένου στο διάστημα, ή η θεωρία των τροχιών.
- Η θεωρία της κίνησης ενός κοσμικού σώματος σε σχέση με το κέντρο αδράνειάς του, ή η θεωρία της περιστροφής.
Για να καταλάβετε ποια είναι η εξίσωση Τσιολκόφσκι, πρέπει να έχετε καλή κατανόηση της μηχανικής, δηλαδή τους νόμους του Νεύτωνα.
Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα
Οποιοδήποτε σώμα κινείται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα ή βρίσκεται σε ηρεμία έως ότου ασκούνται σε αυτό εξωτερικές δυνάμεις το αναγκάζουν να αλλάξει αυτή την κατάσταση. Με άλλα λόγια, το διάνυσμα της ταχύτητας μιας τέτοιας κίνησης παραμένει σταθερό. Αυτή η συμπεριφορά των σωμάτων ονομάζεται επίσης αδρανειακή κίνηση.
Οποιαδήποτε άλλη περίπτωση στην οποία συμβαίνει οποιαδήποτε αλλαγή στο διάνυσμα της ταχύτητας σημαίνει ότι το σώμα έχει επιτάχυνση. Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα σε αυτή την περίπτωση είναι η κίνηση ενός υλικού σημείου σε κύκλο ή οποιουδήποτε δορυφόρου σε τροχιά. Στην περίπτωση αυτή, υπάρχει ομοιόμορφη κίνηση, αλλά όχι ευθύγραμμη, γιατί το διάνυσμα της ταχύτητας αλλάζει συνεχώς κατεύθυνση, πράγμα που σημαίνει ότι η επιτάχυνση δεν είναι ίση με μηδέν. Αυτή η αλλαγή στην ταχύτητα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο v2 /r, όπου v είναι η σταθερή ταχύτητα και r είναι η ακτίνα της τροχιάς. Η επιτάχυνση σε αυτό το παράδειγμα θα κατευθυνθεί στο κέντρο του κύκλου σε οποιοδήποτε σημείο της τροχιάς του σώματος.
Με βάση τον ορισμό του νόμου, μόνο η δύναμη μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στην κατεύθυνση ενός υλικού σημείου. Στον ρόλο του (για την περίπτωση με δορυφόρο) είναι η βαρύτητα του πλανήτη. Η έλξη πλανητών και αστεριών, όπως μπορείτε εύκολα να μαντέψετε, έχει μεγάλη σημασία στην κοσμοδυναμική γενικά και όταν χρησιμοποιείται η εξίσωση Tsiolkovsky ειδικότερα.
δεύτερος νόμος του Νεύτωνα
Η επιτάχυνση είναι ευθέως ανάλογη της δύναμης και αντιστρόφως ανάλογη της μάζας σώματος. Ή σε μαθηματική μορφή: a=F / m, ή πιο συχνά - F=ma, όπου m είναι ο παράγοντας αναλογικότητας, που αντιπροσωπεύει το μέτρογια αδράνεια σώματος.
Δεδομένου ότι οποιοσδήποτε πύραυλος αναπαρίσταται ως η κίνηση ενός σώματος με μεταβλητή μάζα, η εξίσωση Tsiolkovsky θα αλλάζει κάθε μονάδα χρόνου. Στο παραπάνω παράδειγμα ενός δορυφόρου που κινείται γύρω από τον πλανήτη, γνωρίζοντας τη μάζα του m, μπορείτε εύκολα να μάθετε τη δύναμη κάτω από την οποία περιστρέφεται σε τροχιά, δηλαδή: F=mv2/r. Προφανώς, αυτή η δύναμη θα κατευθυνθεί προς το κέντρο του πλανήτη.
Υπάρχει το ερώτημα: γιατί ο δορυφόρος δεν πέφτει στον πλανήτη; Δεν πέφτει, αφού η τροχιά του δεν τέμνεται με την επιφάνεια του πλανήτη, γιατί η φύση δεν τον αναγκάζει να κινηθεί κατά μήκος της δράσης της δύναμης, γιατί μόνο το διάνυσμα της επιτάχυνσης συν-κατευθύνεται προς αυτό και όχι η ταχύτητα.
Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι σε συνθήκες όπου η δύναμη που ασκεί το σώμα και η μάζα του είναι γνωστές, είναι δυνατό να διαπιστωθεί η επιτάχυνση του σώματος. Και σύμφωνα με αυτό, οι μαθηματικές μέθοδοι καθορίζουν τη διαδρομή κατά την οποία κινείται αυτό το σώμα. Εδώ ερχόμαστε σε δύο κύρια προβλήματα που αντιμετωπίζει η κοσμοδυναμική:
- Αποκάλυψη δυνάμεων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον χειρισμό της κίνησης ενός διαστημόπλοιου.
- Προσδιορίστε την κίνηση αυτού του πλοίου εάν είναι γνωστές οι δυνάμεις που δρουν σε αυτό.
Το δεύτερο πρόβλημα είναι μια κλασική ερώτηση για την ουράνια μηχανική, ενώ το πρώτο δείχνει τον εξαιρετικό ρόλο της κοσμοδυναμικής. Επομένως, σε αυτόν τον τομέα της φυσικής, εκτός από τον τύπο Tsiolkovsky για την αεριωθούμενη πρόωση, είναι εξαιρετικά σημαντικό να κατανοήσουμε τη Νευτώνεια μηχανική.
Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα
Η αιτία μιας δύναμης που ασκείται σε ένα σώμα είναι πάντα ένα άλλο σώμα. Αλλά αλήθειαεπίσης το αντίθετο. Αυτή είναι η ουσία του τρίτου νόμου του Νεύτωνα, ο οποίος δηλώνει ότι για κάθε δράση υπάρχει μια δράση ίσης σε μέγεθος, αλλά αντίθετη στην κατεύθυνση, που ονομάζεται αντίδραση. Με άλλα λόγια, εάν το σώμα Α δρα με τη δύναμη F στο σώμα Β, τότε το σώμα Β δρα στο σώμα Α με δύναμη -F.
Στο παράδειγμα με έναν δορυφόρο και έναν πλανήτη, ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα μας οδηγεί στην κατανόηση ότι με ποια δύναμη ο πλανήτης έλκει τον δορυφόρο, ο ίδιος δορυφόρος έλκει τον πλανήτη. Αυτή η ελκτική δύναμη είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση της επιτάχυνσης στον δορυφόρο. Αλλά δίνει επίσης επιτάχυνση στον πλανήτη, αλλά η μάζα του είναι τόσο μεγάλη που αυτή η αλλαγή στην ταχύτητα είναι αμελητέα γι' αυτόν.
Η φόρμουλα του Τσιολκόφσκι για την αεριωθούμενη πρόωση βασίζεται πλήρως στην κατανόηση του τελευταίου νόμου του Νεύτωνα. Εξάλλου, ακριβώς λόγω της εκτινασσόμενης μάζας των αερίων, το κύριο σώμα του πυραύλου αποκτά επιτάχυνση, η οποία του επιτρέπει να κινείται προς τη σωστή κατεύθυνση.
Λίγα για τα συστήματα αναφοράς
Όταν εξετάζουμε οποιαδήποτε φυσικά φαινόμενα, είναι δύσκολο να μην θίξουμε ένα τέτοιο θέμα ως πλαίσιο αναφοράς. Η κίνηση ενός διαστημικού σκάφους, όπως κάθε άλλο σώμα στο διάστημα, μπορεί να καθοριστεί σε διαφορετικές συντεταγμένες. Δεν υπάρχουν λάθος συστήματα αναφοράς, υπάρχουν μόνο πιο βολικά και λιγότερα. Για παράδειγμα, η κίνηση των σωμάτων στο ηλιακό σύστημα περιγράφεται καλύτερα σε ένα ηλιοκεντρικό σύστημα αναφοράς, δηλαδή σε συντεταγμένες που σχετίζονται με τον Ήλιο, που ονομάζεται επίσης πλαίσιο του Κοπέρνικου. Ωστόσο, η κίνηση της Σελήνης σε αυτό το σύστημα είναι λιγότερο βολικό να ληφθεί υπόψη, επομένως μελετάται σε γεωκεντρικές συντεταγμένες - η μέτρηση είναι σχετική μεΓη, αυτό ονομάζεται Πτολεμαϊκό σύστημα. Αλλά αν το ερώτημα είναι αν ένας αστεροειδής που πετάει κοντά θα χτυπήσει τη Σελήνη, θα είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσουμε ξανά ηλιοκεντρικές συντεταγμένες. Είναι σημαντικό να μπορείτε να χρησιμοποιείτε όλα τα συστήματα συντεταγμένων και να μπορείτε να βλέπετε το πρόβλημα από διαφορετικές οπτικές γωνίες.
Κίνηση πυραύλων
Ο κύριος και μοναδικός τρόπος να ταξιδέψεις στο διάστημα είναι ένας πύραυλος. Για πρώτη φορά αυτή η αρχή εκφράστηκε, σύμφωνα με την ιστοσελίδα Habr, με τη φόρμουλα Tsiolkovsky το 1903. Από τότε, οι αστροναυτικοί μηχανικοί έχουν εφεύρει δεκάδες τύπους κινητήρων πυραύλων χρησιμοποιώντας μια μεγάλη ποικιλία τύπων ενέργειας, αλλά όλοι ενώνονται με μια αρχή λειτουργίας: την εκτόξευση μέρους της μάζας από τα αποθέματα του ρευστού εργασίας για να επιτευχθεί επιτάχυνση. Η δύναμη που δημιουργείται ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας ονομάζεται δύναμη έλξης. Ακολουθούν ορισμένα συμπεράσματα που θα μας επιτρέψουν να καταλήξουμε στην εξίσωση Τσιολκόφσκι και στην παραγωγή της κύριας μορφής της.
Προφανώς, η δύναμη έλξης θα αυξηθεί ανάλογα με τον όγκο της μάζας που εκτοξεύεται από τον πύραυλο ανά μονάδα χρόνου και την ταχύτητα που καταφέρνει να αναφέρει αυτή η μάζα. Έτσι, προκύπτει η σχέση F=wq, όπου F είναι η ελκτική δύναμη, w είναι η ταχύτητα της εκτινασσόμενης μάζας (m/s) και q είναι η μάζα που καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου (kg/s). Αξίζει να σημειωθεί ξεχωριστά η σημασία του συστήματος αναφοράς που σχετίζεται ειδικά με τον ίδιο τον πύραυλο. Διαφορετικά, είναι αδύνατο να χαρακτηριστεί η δύναμη ώθησης μιας μηχανής πυραύλων αν όλα μετρηθούν σε σχέση με τη Γη ή άλλα σώματα.
Έρευνες και πειράματα έχουν δείξει ότι η αναλογία F=wq παραμένει έγκυρη μόνο για περιπτώσεις όπου η εκτοξευόμενη μάζα είναι υγρό ή στερεό. Αλλά οι πύραυλοι χρησιμοποιούν ένα πίδακα ζεστού αερίου. Επομένως, πρέπει να εισαχθεί ένας αριθμός διορθώσεων στην αναλογία και, στη συνέχεια, λαμβάνουμε έναν επιπλέον όρο του λόγου S(pr - pa), το οποίο προστίθεται στο αρχικό wq. Εδώ pr είναι η πίεση που ασκείται από το αέριο στην έξοδο του ακροφυσίου. Το pa είναι η ατμοσφαιρική πίεση και το S είναι η περιοχή του ακροφυσίου. Έτσι, ο εκλεπτυσμένος τύπος θα μοιάζει με αυτό:
F=wq + Spr - Spa.
Όπου μπορείτε να δείτε ότι καθώς ο πύραυλος ανεβαίνει, η ατμοσφαιρική πίεση θα γίνεται μικρότερη και η δύναμη ώθησης θα αυξάνεται. Ωστόσο, οι φυσικοί αγαπούν τις βολικές φόρμουλες. Επομένως, ένας τύπος παρόμοιος με την αρχική του μορφή χρησιμοποιείται συχνά F=weq, όπου we είναι η πραγματική ταχύτητα εκροής μάζας. Προσδιορίζεται πειραματικά κατά τη δοκιμή του συστήματος πρόωσης και είναι αριθμητικά ίσο με την έκφραση w + (Spr - Spa) / q.
Ας εξετάσουμε μια έννοια που είναι πανομοιότυπη με την we - συγκεκριμένη ώθηση. Συγκεκριμένο σημαίνει ότι αφορά κάτι. Σε αυτή την περίπτωση, είναι στη βαρύτητα της Γης. Για να γίνει αυτό, στον παραπάνω τύπο, η δεξιά πλευρά πολλαπλασιάζεται και διαιρείται με g (9,81 m/s2):
F=weq=(we / g)qg ή F=I ud qg
Αυτή η τιμή μετριέται Isp σε Ns/kg ή οτιδήποτε άλλοίδια m/s. Με άλλα λόγια, η συγκεκριμένη ώθηση μετριέται σε μονάδες ταχύτητας.
Τσιολκόφσκι τύπος
Όπως μπορείτε εύκολα να μαντέψετε, εκτός από την ώθηση του κινητήρα, πολλές άλλες δυνάμεις ενεργούν στον πύραυλο: η έλξη της Γης, η βαρύτητα άλλων αντικειμένων στο ηλιακό σύστημα, η ατμοσφαιρική αντίσταση, η ελαφριά πίεση, κτλ. Κάθε μία από αυτές τις δυνάμεις δίνει τη δική της επιτάχυνση στον πύραυλο, και το σύνολο από τη δράση επηρεάζει την τελική επιτάχυνση. Επομένως, είναι βολικό να εισαγάγουμε την έννοια της επιτάχυνσης τζετ ή ar=Ft / M, όπου M είναι η μάζα του πυραύλου σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Η επιτάχυνση αεριωθουμένων είναι η επιτάχυνση με την οποία ο πύραυλος θα κινούνταν απουσία εξωτερικών δυνάμεων που ασκούν πάνω του. Προφανώς, όσο ξοδεύεται η μάζα, η επιτάχυνση θα αυξάνεται. Επομένως, υπάρχει ένα άλλο βολικό χαρακτηριστικό - η αρχική επιτάχυνση πίδακα ar0=FtM0, όπου M 0 είναι η μάζα του πυραύλου στην αρχή της κίνησης.
Θα ήταν λογικό να αναρωτηθούμε ποια ταχύτητα είναι ικανός να αναπτύξει ένας πύραυλος σε έναν τόσο κενό χώρο αφού έχει εξαντλήσει κάποια ποσότητα της μάζας του σώματος εργασίας. Αφήστε τη μάζα του πυραύλου να αλλάξει από m0 σε m1. Στη συνέχεια, η ταχύτητα του πυραύλου μετά την ομοιόμορφη κατανάλωση μάζας μέχρι την τιμή m1 kg θα καθοριστεί από τον τύπο:
V=wln(m0 / m1)
Αυτό δεν είναι παρά ο τύπος για την κίνηση των σωμάτων με μεταβλητή μάζα ή η εξίσωση Τσιολκόφσκι. Χαρακτηρίζει τον ενεργειακό πόρο του πυραύλου. Και η ταχύτητα που προκύπτει από αυτόν τον τύπο ονομάζεται ιδανική. Μπορεί να γραφτείαυτός ο τύπος σε άλλη πανομοιότυπη έκδοση:
V=Iudln(m0 / m1)
Αξίζει να σημειωθεί η χρήση της φόρμουλας Tsiolkovsky για τον υπολογισμό των καυσίμων. Πιο συγκεκριμένα, η μάζα του οχήματος εκτόξευσης, που θα χρειαστεί να φέρει ένα συγκεκριμένο βάρος στην τροχιά της Γης.
Στο τέλος θα πρέπει να ειπωθεί για έναν τόσο σπουδαίο επιστήμονα όπως ο Meshchersky. Μαζί με τον Τσιολκόφσκι είναι οι πρόγονοι της αστροναυτικής. Ο Meshchersky συνέβαλε τεράστια στη δημιουργία της θεωρίας της κίνησης των αντικειμένων μεταβλητής μάζας. Συγκεκριμένα, ο τύπος των Meshchersky και Tsiolkovsky έχει ως εξής:
m(dv / dt) + u(dm / dt)=0, όπου v είναι η ταχύτητα του υλικού σημείου, u είναι η ταχύτητα της εκτοξευόμενης μάζας σε σχέση με τον πύραυλο. Αυτή η σχέση ονομάζεται επίσης διαφορική εξίσωση Meshchersky και στη συνέχεια λαμβάνεται ο τύπος Tsiolkovsky ως συγκεκριμένη λύση για ένα υλικό σημείο.
