Реактивная сила

Вытекающая за единицу времени от куда-либо жидкость, будет иметь импульс

$mv=Qv=\rho {{v}^{2}}S=2\rho ghS$

По закону сохранения импульса должен измениться импульс сосуда с жидкостью. Это приведет к тому, что на сосуд со стороны жидкости будет действовать сила давления в направлении, противоположном направлению скорости истечения жидкости:

${{F}_{R}}=2\rho ghS$

Силу $F_R$ называют силой реакции вытекающей жидкости, или реактивной силой.

Из формулы $F_R$ следует, что сила реакции вытекающей жидкости вдвое больше силы давления на пробку, которая бы закрывала отверстие. Это объясняется тем, что при истечении жидкости через отверстие происходит перераспределение давления внутри жидкости в сосуде. При этом напротив отверстия давление на стенки сосуда оказывается большим, чем вблизи отверстия, где скорость движения жидкости близка к скорости истечения через отверстие.

Реактивная сила в винтовых движителях

На действии реактивной силы основано применение винтов на самолетах и кораблях для создания силы тяги. При быстром вращении винта самолета воздух отталкивается назад к хвосту лопастями самолета, меняя свой импульс. В свою очередь, воздух действует на винт и на связанный с ним корпус самолета с силой, которая придает ему импульс.

Действием реактивной силы на винт вертолета со стороны воздуха объясняется возникновение подъемной силы.

При вращении вокруг вертикальной оси винт вертолета предоставляет прилегающим к нему слоям воздуха импульс, направленный вниз. Эти массы воздуха, в свою очередь, действуют на винт и соединенный с ним корпус вертолета с силой реакции, направлена вверх Если эта сила равна весу вертолета или превышает ее, то вертолет летит в воздухе или поднимается вверх.

Реактивная сила в изогнутой трубе

Реактивная сила реакции возникает также и тогда, когда скорость течения постоянна по величине, но меняется по направлению. Так, при стационарном потоке жидкости по трубе постоянного сечения, которая согнута под некоторым углом (рис. 1), жидкость к изгибу трубы за единицу времени переносит импульс

$\overrightarrow{{{K}_{1}}}=\rho {{v}_{1}}S\overrightarrow{{{v}_{1}}}$

После сгиба трубы за единицу времени подвижной жидкостью переносится импульс

$\overrightarrow{{{K}_{2}}}=\rho {{v}_{1}}S\overrightarrow{{{v}_{2}}}$

Поскольку труба устойчивого сечения, то $v_1 = v_2$. Изменение импульса движущейся жидкости за единицу времени будет равнятся действующей силе, которая обусловила это изменение, то есть

$\overrightarrow{F}=\Delta \overrightarrow{K}=\overrightarrow{{{K}_{1}}}-\overrightarrow{{{K}_{2}}}=\rho vS(\overrightarrow{{{v}_{2}}}-\overrightarrow{{{v}_{1}}})$

Рис. 1

Сила $F$ обусловлена действием трубы на движущуюся жидкость. По третьему закону Ньютона, со стороны жидкости на трубу будет действовать сила реакции $F_1 = -F$.

На реактивной силе такого типа основывается действие турбин.

В турбинах через изогнутые трубы (сопла), закрепленных на общей оси вращения в плоскости, перпендикулярной оси, пропускают жидкость или газ в направлении от их приосевых концов к внешним. При движении жидкости или газа по изогнутым форсунках возникает сила реакции, момент которой и приводит турбину во вращательное движение. Газовые турбины широко используются в авиации (турбовинтовые и турбореактивные двигатели).

Гидравлические турбины используются в основном в стационарных условиях для приведения в движение генераторов электрического тока. Благодаря высокой экономичности, компактности, надежности и возможности достижения больших мощностей турбины практически вытеснили поршневые паровые машины в современной энергетике.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!

Тест по теме «Реактивная сила»