ما هي فكرة عمل الصاروخ ذاتي الدفع الشرح والتوضيح ؟
١. طبقا لقانون نيوتن الثالث لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومضاد له في الاتجاه.
٢. طبقا لقانون مبدأ حفظ كمية التحرك الخطي حيث
كت قبل الإطلاق = مت بعد الإطلاق
صفر = ك١ ع١ + ك٢ ع٢
ك١ ع١ =- ك٢ ع٢
صاروخ غازات
حيث تحتوي الصواريخ على محركات نفاثة يتم حرق الوقود فيها فتولد غازات ساخنة جدا تندفع من مؤخرة المحركات لأسفل وهذا يسمى فعلا فينشأ رد فعل من جزيئات الغاز على المحرك فتبدل قوة دفع إلى الأمام على الصاروخ فيندفع الصاروخ لأعلى.
الصاروخ ذاتي الدفع وسيلة لحمل الأقمار الصناعية ومركبات الفضاء المسبار إلى الفضاء.
- الصواريخ المستخدمة في إطلاق الأقمار الصناعية تتكون من مراحل حيث تشتعل كل مرحلة لمدة دقائق ثم تنفصل وتبدأ المرحلة الأخرى بالاشتعال وهكذا فيؤدي ذلك إلى دفع الصاروخ.
علل
الصاروخ يعمل بطريقة أفضل في الفضاء الخارجي في حالة انعدام الهواء الجوي
الإجابة الصحيحة هي:
- لأن عملية الفعل ورد الفعل تحدث داخل المحرك النفاث نفسه ولا تؤثر على السفينة أي قوة خارجية.
حساب كمية التحرك للصاروخ
قوة دفع الصاروخ = التغير في كمية التحرك للصاروخ - التغير في كمية تحرك الغازات في الاتجاه المعاكس
ق = ك١ ع١ =- ك٢ ع٢
ومنها نوجد قوة دفع الصاروخ ق وأيضا كمية تحرك الصاروخ حيث ك٢ كتلة الغازات المندفعة في الفترة ما بين احتراق الغازات ولحظة بدء الصاروخ بالتحرك.
١- تؤثر على الصاروخ قوتان:
أ قوة دفع محرك الصاروخ لأعلى.
ب وزن الصاروخ لأسفل فتنشأ قوة محصلة لأعلى تسمى قوة الصعود
ق الصعود = ق الدفع- ك١ د
٢- العجلة التي يصعد بها الصاروخ لأعلى تتعين من العلاقة
ح = ق صعود/ ك١
الســـــــؤال الأول :
صاروخ كتلتة ١٠ طن يقذف غازات ساخنة من محركة بمعدل ١٣٠٠ كجم في الثانية وكانت سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ ٥٠ × ١٠^٣ م/ث احسب
١) قوة دفع الصاروخ.
٢) كمية تحرك الصاروخ.
٣) سرعة الصاروخ.
حـــــــل الســــــــــــؤال :
حساب قوة دفع الصاروخ، كمية تحركه، وسرعته:
1) قوة دفع الصاروخ:
قوة الدفع هي القوة الناتجة عن اندفاع الغازات الساخنة من محرك الصاروخ. لحسابها، نستخدم قانون نيوتن الثاني، الذي ينص على أن القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع. في هذه الحالة، الكتلة هي معدل تدفق الغازات الساخنة (1300 كجم/ثانية)، والتسارع هو سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ (50000 م/ث).
قوة الدفع = (معدل تدفق الغازات الساخنة) (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ)
قوة الدفع = (1300 كجم/ثانية) * (50000 م/ث)
قوة الدفع = 65×10^6 نيوتن
2) كمية تحرك الصاروخ:
كمية التحرك هي مقياس لكيفية صعوبة إيقاف جسم متحرك. لحسابها، نستخدم حاصل ضرب الكتلة في السرعة. في هذه الحالة، الكتلة هي كتلة الصاروخ (10 طن) والسرعة هي سرعة الصاروخ التي نريد حسابها.
كمية التحرك = (كتلة الصاروخ) * (سرعة الصاروخ)
3) سرعة الصاروخ:
لحساب سرعة الصاروخ، نحتاج إلى استخدام قانون حفظ كمية التحرك. ينص هذا القانون على أن كمية التحرك الكلية لنظام مغلق تبقى ثابتة. في هذه الحالة، النظام المغلق هو الصاروخ والغازات الساخنة المنبعثة منه.
كمية تحرك الصاروخ قبل الإطلاق = كمية تحرك الصاروخ بعد الإطلاق
0 = (كتلة الصاروخ) * (سرعة الصاروخ) - (معدل تدفق الغازات الساخنة) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ)
سرعة الصاروخ = (معدل تدفق الغازات الساخنة) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ) / (كتلة الصاروخ)
سرعة الصاروخ = (1300 كجم/ثانية) * (50000 م/ث) / (10000 كجم)
سرعة الصاروخ = 65 م/ث
الســــــــــــؤال : الثاني :
صاروخ كتلتة ٩ طن اندفعت منة الغازات بسرعة ٣ كجم /ث فإذا كانت قوة دفع محرك الصاروخ ٣,٦ × ١٠^٦ نيوتن احسب
١) معدل كتلة الغازات المنفوثة
٢) سرعة الصاروخ
حـــــــل الســــــــــــؤال :
حساب معدل كتلة الغازات المنفوثة وسرعة الصاروخ :
1) معدل كتلة الغازات المنفوثة:
لحساب معدل كتلة الغازات المنفوثة، نستخدم قانون نيوتن الثاني، الذي ينص على أن القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع. في هذه الحالة، القوة هي قوة دفع محرك الصاروخ (3.6 × 10^6 نيوتن)، والتسارع هو سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ.
قوة الدفع = (معدل كتلة الغازات المنفوثة) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ)
معدل كتلة الغازات المنفوثة = قوة الدفع / سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ
معدل كتلة الغازات المنفوثة = (3.6 × 10^6 نيوتن) / (3 كجم/ث)
معدل كتلة الغازات المنفوثة = 1.2 × 10^6 كجم/ث
2) سرعة الصاروخ:
لحساب سرعة الصاروخ، نستخدم قانون حفظ كمية التحرك. ينص هذا القانون على أن كمية التحرك الكلية لنظام مغلق تبقى ثابتة. في هذه الحالة، النظام المغلق هو الصاروخ والغازات الساخنة المنبعثة منه.
كمية تحرك الصاروخ قبل الإطلاق = كمية تحرك الصاروخ بعد الإطلاق
0 = (كتلة الصاروخ) * (سرعة الصاروخ) - (معدل كتلة الغازات المنفوثة) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ)
سرعة الصاروخ = (معدل كتلة الغازات المنفوثة) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ) / (كتلة الصاروخ)
سرعة الصاروخ = (1.2 × 10^6 كجم/ث) * (3 كجم/ث) / (9000 كجم)
سرعة الصاروخ = 400 م/ث
النتائج :
معدل كتلة الغازات المنفوثة: 1.2 × 10^6 كجم/ث
سرعة الصاروخ: 400 م/ث
الســــــــــــؤال الثالث :
صاروخ كتلتة الكلية عند الانطلاق ١٢ طن اندفعت منة الغازات بمعدل ١٠٠ كجم في الثانية بسرعة ١٥٠٠م/ث احسب :
١) قوة دفع محرك الصاروخ.
٢) العجلة التي يصعد بها لأعلى.
حـــــــل الســــــــــــؤال :
## حساب قوة دفع محرك الصاروخ والعجلة التي يصعد بها:
1) قوة دفع محرك الصاروخ:
لحساب قوة دفع محرك الصاروخ، نستخدم قانون نيوتن الثاني، الذي ينص على أن القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع. في هذه الحالة، الكتلة هي معدل تدفق الغازات (100 كجم/ثانية)، والتسارع هو سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ (1500 م/ث).
قوة الدفع = (معدل تدفق الغازات) * (سرعة جزيئات الغاز بالنسبة للصاروخ)
قوة الدفع = (100 كجم/ثانية) * (1500 م/ث)
قوة الدفع = 150000 نيوتن
2) العجلة التي يصعد بها الصاروخ:
لحساب العجلة التي يصعد بها الصاروخ، نستخدم قانون نيوتن الثاني مرة أخرى. في هذه الحالة، القوة هي قوة دفع محرك الصاروخ (150000 نيوتن)، والكتلة هي الكتلة الكلية للصاروخ (12 طن).
العجلة = قوة الدفع / الكتلة
العجلة = 150000 نيوتن / (12000 كجم)
العجلة = 12.5 م/ث^2
النتائج:
قوة دفع محرك الصاروخ: 150000 نيوتن
العجلة التي يصعد بها الصاروخ: 12.5 م/ث^2