Курс агульнай фізікі
Цеплыня і малекулярная фізіка: Вучэб. дапам.
Выдавец: Вышэйшая школа
Памер: 232с.
Мінск 1994
У сучасных ракетах-носьбітах і касмічных апаратах шырока прымяняюцца вадкасныя ракстныя рухавікі (рыс. 11.6). Для ахалоджвання
Рыс. 11.6.
вадкасных ракетных рухавікоў выкарыстоўваецца адзін з кампанентаў паліва. Часцей за ўсё для гэтага прымяняецца гаручае, якое з’яўляецца нсйтральным у адносінах да матэрыялу камеры згарання і не ўступае з ім у хімічныя рэакцыі нават пры высокай тэмпературы. Перад паступленнем у камеру адзін з кампанентаў паліва праходзіць паміж яе ўнутранай і вонкавай сценкамі. Пры гэтым у прасторы паміж сцснкамі камеры згарання не павінны ўтварацца застойныя зоны.
Працэс ахалоджвання арганізусцца пры дапамозс вялікай колькасці паліва, таму яно нс паспявае награвацца да высокіх тэмпсратур і нс закіпае. У камеры праз прыстасаванні A і В паступаюць кампанснты паліва (гаручае і акісляльнік). 3 дапамогай фарсуначнай галоўкі 1 у камеры згарання 2 адбывасцца згараннс кампанснтаў паліва. Утвораны паток гарачых газаў накіроўвасцца ў сапловую частку 3 і праходзіць праз крытычнае сячэнне 4.
11.7. Віды ракет
Па сваім прызначэнні раксты можна падзяліць на баявыя і навукова-даслсдчыя. Большасць ракет далёкага дзсяння з’яўляюцца балістычнымі, таму што кіруюцца толькі на пачатковым, актыўным участку траекторыі і пасля выключэння рухавікоў іх палёт аналагічны руху свабодна кінутага цела.
Па канструкцыі ракеты бываюць крылатымі і бяскрылымі. Для забеспячэння добрай манеўранасці ў шчыльных пластах атмасфсры яны маюць дастаткова вялікія крылы ці павсрхні кіравання розных форм і памсраў.
Аднаступеньчатыя ракеты могуць лятаць на параўнальна невялікія адлегласці. Для балістычных ракет гэтая адлегласць складас ад соцснь да трох-чатырох тысяч кіламстраў. Разлічым максімальную хуткасць р тах аднасгупеньчатай раксты. Калі лік Цыялкоўскага для такой ракеты Z = тп / (тр + тк ) = 10 (тк — карысная маса; тр — маса рухавіка), а адносная хуткасць адкідвасмых газаў 4000 м/с, то яе максімальная хуткасць з малым карысным грузам згодна з формулай (11.34) і?тах = 4 In 10 км/с “ 9,2 км/с. Для вываду касмічнага карабля са сферы прыцягнення Зямлі неабходна другая касмічная хуткасць, роўная 11,2 км/с. Такім чынам, аднаступеньчатая ракета нават пры выкарыстанні самага лепшага паліва нс можа дасягнуць хуткасці, нсабходнай для запускаў спадарожнікаў Зямлі.
Для запуску штучных спадарожнікаў Зямлі і міжпланетных аўтаматычных станцый выкарыстоўваюцца шматступеньчатыя ракеты. У залежнасці ад патрэбнай канечнай хуткасці яны бываюць двух-, трох-, чатырохі пяціступеньчатымі.
Для павелічэння канечнай хуткасці ракеты неабходна павялічыць запас паліва. Пры гэтым павялічваюцца памеры і вага паліўных бакаў, трубаправодаў і ўсёй раксты ў цэлым. Пры палёцс аднаступсньчатай ракеты сіла цягі рухавіка будзе надаваць хуткасць усёй масе раксты на працягу ўсяго часу работы рухавіка. Што датычыцца шматступеньчатай ракеты, то кожная яе ступснь выконвае ролю асобнай ракеты, хуткасці іх падсумоўваюцца. Пасля поўнага расходвання паліва ступснь аддзялясцца, у выніку змяншаецца маса раксты. На рыс. 11.7 паказана схема трохступсньчатай ракеты: a — з паслядоўным
размяшчэннсм ступсняў; б — пакстная схсма; 1 — сілавыя вузлы для мацавання ступсняў раксты.
Найбольш масіўная ракста размешчана ўнізе, яна спрацоўвае ў самым пачатку палёту і называецца псршай ступснню. Звычайна на яе ўстанаўліваецца ракета меншых памераў і масы (другая ступснь). На ёй, у сваю чаргу, размяшчаецца трэцяя ракета і гэтак далсй у залежнасці ад таго, колькі патрабуецца ступеняў. Такое размяшчэннс ступсняў характэрнае для болыпасці ракст, і яны называюцца ракетамі з паслядоўным размяшчэннем або з папярочным падзелам ступеняў (рыс. 11.7, а). Таксама сустракаюцца ракеты з падоўжным размяшчэннем ступеняў (рыс. 11.7,6). У гэтым
выпадку прымяняецца паралельнае размяшчэнне ракетных ступеняў або іх блокаў. Звычайна блокі першай ступсні размяшчаюцца вакол корпуса другой ступені. Пры старце рухавікі абедзвюх ступеняў пачынаюць працаваць адначасова. Пасля выпрацоўкі паліва блокі першай ступені адкідваюцца, а рухавікі другой ступені працягваюць працаваць.
11.8. Ударныя хвалі
Характар цячэння газавага патоку ў канале залсжыць ад рэжыму цячэння, г. зн. ад ліку Маха М. Каб больш выразна ўявіць фізічны малюнак адрознсння дагукавога (М < 1) і звышгукавога (М > 1) абцяканняў цсл газавымі патокамі, возьмсм пунктавую крыніцу слабых адхіленняў. Такой крыніцай можа служыць невялікае (пунктавае) цсла ці вастрыё тонкага цела, на якое набягае паток газу, або невялікае ўзвышэнне на сценцы канала.
Разгледзім чатыры выпадкі.
Газавы паток нсрухомы (р = 0). Ад пунктавай крыніцы адхіленняў распаўсюджваюцца сферычныя хвалі з хуткасцю гуку с (рыс. 11.8,а). За час dt сферычная хваля праходзіць ва ўсе бакі адлегласць, роўную здабытку хуткасці распаўсюджвання гуку с і часу руху хвалі (cdl).
Хуткасць газавага патоку мсншая за хуткасць гуку (u < с). Кожная асобная хваля адхілення таксама будзс сферычнай. Пункты, якіх дасягнулі адхіленні, зносяцца ўправа патокам з хуткасцю v (рыс. 11.8, б). У гэтым выпадку абцяканні адхілсння ўжо нс могуць распаўсюджвацца ўвсрх па патоку. Яны зносяцца патокам. Напсрадзс цсла масцца характэрная «зона маўклівасці». Носік цсла пастаянна пасылас хвалі сціскання, якія распаўсюджваюцца з хуткасцю гуку. Яны зносяцца па патоку.
Хуткасць газавага патоку роўная хуткасці гуку (р = с). Сфсрычная хваля адхілсння зносіцца патокам на вслічыню свайго радыуса. У гэтым выпадку пунктавая крыніца адхілснняў знаходзіцца на фронцс хвалі (рыс. 11.8, в). Адхілснні ніколі не пранікнуць у вобласць псрад крыніцай адхіленняў (лявсй лініі АОВ).
Хуткасць газавага па- Рыс. 11.8.
току большая за хуткасць
гуку (у > с). Вобласць, ку-
ды могуць пранікнуць адхіленні, мас выгляд конуса з вяршыняй у крыніцы адхілснняў (рыс. 11.8, г). Гэтая вобласць называецца конусам адхіленняў або конусам Маха. Ён разыходзіцца ад снарадаў, ракет і самалётаў, якія ляцяць са звышгукавой хуткасцю. Палавінны вугал раствора гэтага конуса 0 вызначасцца стасункам хуткасцей с і v:
sin 0 = = = 1 М.
ОА V
Узнікнсннс конуса Маха можна растлумачыць з дапамогай прынцыпу X. Гюйгснса. У дадзсным выпадку гэты прынцып сцвярджас, што ў кожны момант часу ад вастрыя аб’екта, які ляціць са звышгукавой хуткасцю, зыходзіць гукавая хваля. Яна распаўсюджваецца ў выглядзс сфсры з хуткасцю, роўнай хуткасці гуку.
Іншы малюнак узнікас ў выпадку, калі паток павінсн абцякаць не адзінкавую дробную шурпатасць, якая змяняе агульны напрамак цячэння, а ўвагнутую сцснку ці вострае клінападобнас цсла. Стацыянарнас абцяканнс ў такім выпадку магчыма, алс пры гэтым узнікае ўдарная хваля. Яна можа распаўсюджвацца па патоку з вялікай хуткасцю. Пры павслічэнні хуткасці патоку газу з’явіцца новая хваля сціскання. Яна будзс распаўсюджвацца з большай хуткасцю, чым папярэдняя, і г. д. Гэта тлумачыцца тым, што тэмпсратура ўтворанай хвалі будзс большая за тэмпературу папярэдняй хвалі. Такім чынам, паслядоўнас павслічэнне хуткасці патоку газу прыводзіць да ўтварэння ссрыі гукавых хваль сціскання. Яны у рэшце рэшт даганяюць адна адну і зліваюцца ў адну хвалю сціскання — ударную хвалю. Яна характарызуецца тым, што ў яс фронце ўсс характарыстыкі цячэння газу (у тым ліку і хуткасць) зведваюць разрыў. Хуткасць ударнай хвалі адносна часцінак газу будзс заўсёды звышгукавой. Ударная хваля ўтварасцца і пры абцяканні са звышгукавой хуткасцю любога вострага цсла. Аднак у гэтым выпадку яна будзс дастаткова слабай і можа быць паказана як сума гукавых хваль.
ЛІТАРАТУРА
Матвесв A. Н. Молскулярная фмзмка. — М.: Высш. шк., 1987.
Сйвухйн Д. В. Обшнй курс фнзнкн. Термодннамнка н молскулярная фнзнка. — М.: Паука, 1979.
Кйкойн Н. К., Kukouh A. К. Молекулярная фнзнка. — М.: Гос. нзд-во фнз.-мат. лнт., 1976.
Гершензон Е. М. н др. Курс обіцсй фнзнкн. Молскулярная фпзнка. — М.: Просвсіценме, 1982.
Яковлев В. Ф. Курс фнзнкн. Теплота н молекулярная фнзнка. — М.: Просвеіценме, 1976.
ЗМЕСТ
Прадмова 3
1. Асноўныя паняцці
1.1. Прадмет малекулярнай фізікі. Цеплыня 5
1.2. Статыстычны і тэрмадынамічны мстады даследавання 7
1.3. Асноўныя ўяўленні малскулярна-кінетычнай тэорыі рэчыва .... 8
1.4. Тэрмадынамічныя парамстры. Раўнанне стану 15
1.5. Міжнародная практычная тэмпературная шкала 16
1.6. Вымярэнне тэмпературы 17
1.7. Элементарныя звесткі з тэорыі імавернасцей 19
2. Асновы малскулярна-кінстычнай тэорыі ідэалыіага газу
2.1. Асноўнае раўнанне малекулярна-кінетычнай тэорыі газаў для ціску . 22
2.2. Раўнанне Мендзялеева—Клапейрона 25
2.3. Фізічны сэнс малярнай газавай пастаяннай 26
2.4. Асноўнас раўнанне малскулярна-кінетычнай тэорыі газаў для энергіі 27
2.5. Асноўныя газавыя законы 28
2.6. Размеркаваннс малекул па хуткасцях 32
2.7. Хуткасці малекул 37
2.8. Доследная праверка размеркавання малекул па хуткасцях. Дослед Штэрна 40
2.9. Газ у сілавы.м полі. Бараметрычная формула 42
2.10. Закон размсркавашія Больцмана 44
2.11. Размеркаванне Максвела—Больцмана 46
2.12. Вызначэнне пастаяннай Авагадра 47
3. Першы пачатак тэрмадынамікі
3.1. Тэрмадынамічная сістэма. Раўнаважныя і нераўнаважныя працэсы .51
3.2. Першы пачатак тэрмадынамікі 52
3.3. Раз.меркаванне энергіі па ступенях свабоды. Унутраная энсргія ідэальнага газу 55
3.4. Класічная цепласмістасць ідэальных газаў 58
3.5. Ізабарны, ізахорны і ізатэр.мічны працэсы ў ідэальным газе . . . .61
3.6. Адыябатны працэс у ідэальным газе 64
3.7. Палітропны працэс у ідэальным газе 68
3.8. Хуткасць гуку ў газе 70
4. З’явы пераносу ў газах
4.1. Колькасць сутыкненняў. Сярэдняя даўжыня свабоднага прабегу малекул72
4.2. Агулыіае раўнанне пераносу 76
4.3. Дыфузія 77
4.4. Вязкасць 79
4.5. Цеплаправоднасць 80
4.6. Залежнасць каэфіцыентаў псраносу ад ціску і тэмпературы . . . .81
4.7. Вакуум. Фізічныя з'явы ў моцна разрэджаных газах 83
4.8. Атрыманне і вымярэнне вакууму 86
5. Другі пачатак тэрмадынамікі
5.1. Абарачальныя і неабарачальныя працэсы 89
5.2. Кругавыя працэсы 90
5.3. Цыкл Карно 93
5.4. Змест другога пачатку тэрмадынамікі 96
5.5. Тэарэмы Карно 98
5.6. Цыклы Отта 1 Дызсля 100
5.7. Тэр.мадынамічная шкала тэмператур 104