Елементи механіки суцільного середовища і закони збереження. Елементи механіки суцільних середовищ
план
1. Елементи механіки суцільних середовищ. Стаціонарне рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі.
2. Пружні напруги. Закон Гука.
тези
1. Обсяг газу визначається обсягом того судини, який газ займає. У рідинах на відміну від газів середня відстань між молекулами залишається практично постійним, тому рідина має практично незмінним обсягом. У механіці з великим ступенем точності рідини і гази розглядаються як суцільні, безперервно розподілені в зайнятої ними частини простору. Щільність рідини мало залежить від тиску. Щільність же газів від тиску залежить істотно. З досвіду відомо, що сжимаемостью рідини і газу в багатьох завданнях можна знехтувати і користуватися єдиним поняттям нестисливої \u200b\u200bрідини, щільність якої всюди однакова і не змінюється з часом. Ідеальна рідина - фізична абстракція,т. е. уявна рідина, в якій відсутні сили внутрішнього тертя. Ідеальна рідина - уявна рідина, в якій відсутні сили внутрішнього тренія.Ей суперечить в'язка рідина. Фізична величина, Яка визначається нормальною силою, що діє з боку рідини на одиницю площі, називаетсядавленіем ррідини . Одиниця тиску - паскаль (Па): 1 Па дорівнює тиску, який створюється силою 1 Н, рівномірно розподіленим по нормальної до неї поверхні площею 1 м 2 (1 Па \u003d 1 Н / м 2). Тиск в будь-якому місці спочиває рідини однаково в усіх напрямках, причому тиск однаково передається по всьому об'єму, зайнятого спочиває рідиною.
Тиск змінюється лінійно з висотою. Тиск Р \u003d rghназивається гідростатичним. Сила тиску на нижні шари рідини більше, ніж на верхні, тому на тіло, занурене в рідину, діє виштовхуюча сила, яка визначається законом Архімеда: На тіло, занурене в рідину (газ), діє з боку цієї рідини спрямована вгору виштовхуюча сила, рівна вазі витісненої тілом рідини (газу), де r - щільність рідини, V- обсяг зануреного в рідину тіла.
Рух рідин називається течією, а сукупність часток рідини, що рухається - потоком. Графічно рух рідин зображується за допомогою ліній струму, які проводяться так, що дотичні до них збігаються за напрямком з вектором швидкості рідини у відповідних точках простору (рис. 45). За картині ліній струму можна судити про направлення і модулі швидкості в різних точках простору, т. Е. Можна визначити стан руху рідини. Частина рідини, обмежену лініями струму, називають трубкою струму. Перебіг рідини називається сталим (або стаціонарним), якщо форма і розташування ліній струму, а також значення швидкостей в кожній її точці з часом не змінюються.
Розглянемо будь-яку трубку струму. Виберемо два її перетину S 1 і S 2 ,
перпендикулярні напрямку швидкості (рис. 46). Якщо рідина нестислива (r \u003d const), то через перетин S 2 пройде за 1 з такою ж обсяг рідини, як і через перетин S 1, т. Е. 
Твір швидкості течії нестисливої \u200b\u200bрідини на поперечний переріз трубки струму є величина постійна для даної трубки струму. Співвідношення називається рівнянням нерозривності для нестисливої \u200b\u200bрідини. 
- рівняння Бернуллі - вираз закону збереження енергії стосовно до сталого перебігу ідеальної рідини (тут р -статичний тиск (тиск рідини на поверхню обтічного нею тіла), величина - динамічний тиск, - гідростатичний тиск). Для горизонтальної трубки струму рівняння Бернуллі записується у вигляді 
, де ліва частина
називається повним тиском. Формула Торічеллі записується:
В'язкість - це властивість реальних рідин чинити опір переміщенню однієї частини рідини відносно іншої. При переміщенні одних верств реальної рідини щодо інших виникають сили внутрішнього тертя, спрямовані по дотичній до поверхні шарів. Сила внутрішнього тертя F тим більше, чим більше розглянута площа поверхні шару S, і залежить від того, наскільки швидко змінюється швидкість течії рідини при переході від шару до шару. Величина Dv / Dx показує, як швидко змінюється швидкість при переході від шару до шару в напрямку х,перпендикулярному напрямку руху шарів, і називається градієнтом швидкості. Таким чином, модуль сили внутрішнього тертя дорівнює, де коефіцієнт пропорційності h , залежить від природи рідини, називається динамічною в'язкістю (Або просто в'язкістю). одиниця в'язкості - паскаль секунда (Па с) (1 Па з \u003d 1 Н с / м 2). Чим більше в'язкість, тим сильніше рідина відрізняється від ідеальної, тим більша потуга внутрішнього тертя в ній виникають. В'язкість залежить від температури, причому характер цієї залежності для рідин і газів різний (для рідин з підвищенням температури зменшується, у газів, навпаки, збільшується), що вказує на відмінність в них механізмів внутрішнього тертя. Особливо сильно від температури залежить в'язкість масел. Методи визначення в'язкості:
1) формула Стокса 
; 2) формула Пуазейля
2. Деформація називається пружною, якщо після припинення дії зовнішніх сил тіло приймає початкові розміри і форму. Деформації, які зберігаються в тілі після припинення дії зовнішніх сил, називаються пластичними. Сила, що діє на одиницю площі поперечного перерізу, називається напругою і вимірюється в паскалях. Кількісною мірою, що характеризує ступінь деформації, випробовуваної тілом, є його відносна деформація. Відносне зміна довжини стрижня (поздовжня деформація), відносне поперечний розтяг (стиск), де d -діаметр стрижня. Деформації e і e " завжди мають різні знаки, де m - позитивний коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу, званий коефіцієнтом Пуассона.
Роберт Гук експериментально встановив, що для малих деформацій відносне подовження e і напруга s прямо пропорційні один одному:, де коефіцієнт пропорційності Е- модуль Юнга.
Модуль Юнга визначається напругою, що викликає відносне подовження, рівне одиниці . тоді закон Гука можна записати так 
, де k- коефіцієнт пружності: подовження стрижня при пружною деформації пропорційно діючої на стрижень силі. Потенційна енергія пружно розтягнутого (стисненого) стрижня 
деформації твердих тіл підкоряються закону Гука тільки для пружних деформацій. Зв'язок між деформацією і напругою представляється у вигляді діаграми напруг (Рис. 35). З малюнка видно, що лінійна залежність s (e), встановлена \u200b\u200bГуком, виконується лише в дуже вузьких межах до так званої межі пропорційності (s п). При подальшому збільшенні напруги деформація ще пружна (хоча залежність s (e) вже не лінійна) і до межі пружності (s у) залишкові деформації не виникають. За межею пружності в тілі виникають залишкові деформації і графік, що описує повернення тіла в первинний стан після припинення дії сили, відіб'ється не кривий ВО, апаралельної їй - CF.Напруга, при якому з'являється помітна залишкова деформація (~ \u003d 0,2%), називається межею плинності (s т) - точка Зна кривій. В області CDдеформація зростає без збільшення напруги, т. е. тіло як би «тече». Ця область називається областю плинності (або областю пластичних деформацій). Матеріали, для яких область плинності значна, називаються грузлими, для яких же вона практично відсутня - крихкими. При подальшому розтягуванні (за точку D)відбувається руйнування тіла. Максимальна напруга, що виникає в тілі до руйнування - межа міцності (s p).
Під дією прикладених сил тіла змінюють свою форму і об'єм, т. Е. Деформуються.
Для твердих тіл розрізняють деформації: пружні і пластичні.
Пружними називають деформації, які зникають після припинення дії сил, а тіла відновлюють свою форму і об'єм.
Пластичними називають деформації, які зберігаються після припинення дії сил, а тіла не відновлюють свою первинну форму і об'єм.
Пластична деформація виникає при холодній обробці металів: штампування, кування і т. Д.
Деформація буде пружною або пластичної залежить не тільки від властивостей матеріалу тіла, але і від величини прикладених сил.
Тіла, які під дією будь-яких сил відчувають тільки пружні деформації, називають ідеально пружними.
Для таких тіл існує однозначна залежність між діючими силами і що викликаються ними пружними деформаціями.
Ми обмежимося пружними деформаціями, які підкоряються закону Гука.
Всі тверді тіла можна розділити на ізотропні і анізотропні.
Ізотропним називають тіла, фізичні властивості яких в усіх напрямках однакові.
Анізотропними називають тіла, фізичні властивості яких різні за різними напрямками.
Наведені визначення є відносними, так як реальні тіла можуть вести себе як ізотропні по відношенню до одних властивостей і як анізотропні - до інших.
Наприклад, кристали кубічної системи поводяться як ізотропні, якщо в них поширюється світло, але вони анізотропні, якщо розглядати їх пружні властивості.
Надалі обмежимося дослідженням ізотропних тіл.
Найбільш широке поширення в природі мають метали з полікристалічної структурою.
Такі метали складаються з безлічі дрібних довільно орієнтованих кристалів.
В результаті пластичної деформації хаотичність в орієнтації кристалів може порушитися.
Після припинення дії сил, речовина буде анізотропним, що спостерігається, наприклад, при витягуванні і крученні дроту.
Силу, віднесену до одиниці площі поверхні, на яку вони діють, називають механічним напругою n .
Якщо напруга не перевищує межі пружності, то деформація буде пружною.
Граничні напруги, прикладені до тіла, після дії, яких воно ще зберігає свої пружні властивості, називають межею пружності.
Розрізняють напруги стиснення, розтягування, вигину, крутіння і т. Д.
Якщо під дією сил, прикладених до тіла (стрижня), воно розтягується, то виникають напруги називають натягом
Якщо стрижень стиснути, то виникають напруги називають тиском:
.
(7.2)
отже,
Т \u003d Р. (7.3)
якщо 
- довжина недеформованого стержня, то після прикладання сили він отримує подовження 
.
Тоді довжина стержня
. (7.4)
ставлення 
до 
, Називають відносним подовженням, т. Е.
. (7.5)
На підставі дослідів, Гуком встановлений закон: в межах пружності напруги (тиску) пропорційно відносному подовженню (стиску), т. е.
(7.6)
,
(7.7)
де Е - модуль Юнга.
Співвідношення (7.6) і (7.7) справедливі для будь-якого твердого тіла, але до певної межі.
До точки А (межа пружності) після припинення дії сили довжина стержня повертається до первісної (область пружної деформації).
За межами пружності деформація стає частково або повністю незворотною (пластичні деформації). Для більшості твердих тіл лінійність зберігається майже до межі пружності. Якщо тіло продовжувати розтягувати, то воно зруйнується.
Максимальну силу, яку потрібно прикласти до тіла, не руйнуючи його, називають межею міцності (Т. Б, рис. 7.1).
Розглянемо довільну суцільну середу. Нехай вона розділена на частини 1 і 2 вздовж поверхні А-а-Б-б (рис. 7.2).
Якщо тіло деформоване, тоді його частини взаємодіють між собою по поверхні розділу, уздовж якої вони межують.
Для визначення виникаючої напруги крім сил, що діють в перерізі А-а-Б-б, потрібно знати, як ці сили розподілені по перерізу.
,
(7.8)
де 
- одиничний вектор нормалі до площадки dS.
.
(7.9)
Для визначення механічної напруги в середовищі, на протилежно орієнтованої майданчику, в який-небудь її крапці, досить задати напруги на трьох взаємно перпендикулярних площадках: S x, S y, S-, що проходять через цю точку, наприклад, точка 0 (рис. 7.3 ).
Це положення справедливо для спочиває середовища або рухається з довільним прискоренням.
В цьому випадку
,
(7.10)
де 
(8.11)
S - площа грані АВС; n - зовнішня нормаль до неї.
Отже, напруга в кожній точці пружно деформованого тіла можна характеризувати трьома векторами 
або дев'ятьма їх проекціями на осі координат Х, У, Z:
(7.12)
які називають тензором пружних напружень.
Загальні властивості рідин і газів. Рівняння рівноваги і рух рідини. Гідростатика нестисливої \u200b\u200bрідини. Стаціонарне рух ідеальної рідини. Рівняння Бернуллі. Ідеально пружне тело.Упругіе напруги і деформації. Закон Гука. Модуль Юнга.
Релятивістська механіка.
Принцип відносності і перетворення Галілея. експериментальні обґрунтування спеціальної теорії відносності (СТО). Постулати спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Перетворення Лоренца. Поняття одночасності. Відносність довжин і проміжків часу. Релятивістський закон додавання швидкостей. Релятивістський імпульс. Рівняння руху релятивістської частинки. Релятивістське вираз для кінетичної енергії. Взаємозв'язок маси і енергії. Співвідношення між повною енергією і імпульсом частинки. Межі застосування класичної (ньютонівської) механіки.
основи молекулярної фізики і термодинаміки
Термодинамічні сістеми.Ідеальний газ.
Динамічні і статистичні закономірності в фізиці. Статистичний і термодинамічний методи дослідження макроскопічних явищ.
Тепловий рух молекул. Взаємодія між молекулами. Ідеальний газ. Стан системи. Термодинамічні параметри стану. Рівноважні стану та процеси, їх зображення на термодинамічних діаграмах. Рівняння стану ідеального газу.
Основи молекулярно-кінетичної теорії.
Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів і його порівняння з рівнянням Клапейрона-Менделєєва. Середня кінетична енергія молекул. Молекулярно-кінетичне тлумачення термодинамічної температури. Число ступенів свободи молекули. Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями свободи молекул. Внутрішня енергія і теплоємність ідеального газу.
Закон Максвелла для розподілу молекул за швидкостями і енергій теплового руху. Ідеальний газ в силовому полі. Больцманівського розподіл молекул в силовому полі. Барометрична формула.
Ефективний діаметр молекул. Число зіткнень і середня довжина вільного пробігу молекул. Явища переносу.
Основи термодинаміки.
Робота газу при зміні його об'єму. Кількість теплоти. Перший початок термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцессам і адіабатичному процесу ідеального газу. Залежність теплоємності ідеального газу від виду процесу. Другий закон термодинаміки. Тепловий двигун. Кругові процеси. Цикл Карно, коефіцієнт корисної дії циклу Карно.
3 .електростатика
Електричне поле в вакуумі.
Закон збереження електричного заряду. Електричне поле. Основні характеристики електричного поля: напруженість і потенціал. Напруженість як градієнт потенціалу. Розрахунок електростатичних полів методом суперпозиції. Потік вектора напруженості. Теорема Остроградського-Гаусса для електростатичного поля в вакуумі. Застосування теореми Остроградського-Гаусса до розрахунку поля.
Електричне поле в діелектриках.
Вільні і зв'язані заряди. Типи діелектриків. Електронна і орієнтаційна поляризації. Поляризованность. Діелектрична сприйнятливість речовини. Електричне зміщення. Діелектрична проникність середовища. Обчислення напруженості поля в однорідному діелектрику.
Провідники в електричному полі.
Поле всередині провідника і у його поверхні. Розподіл зарядів у провіднику. Електроємність відокремленого провідника. Взаємна ємність двох провідників. Конденсатори. Енергія заряджених провідника, конденсатора і системи провідників. Енергія електростатичного поля. Густина енергії.
Постійний електричний струм
Сила струму. Щільність струму. Умови існування струму. Сторонні сили. Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки електричного кола. Правила Кірхгофа. Робота і потужність електричного струму. Закон Джоуля - Ленца. Класична теорія електропровідності металів. Труднощі класичної теорії.
електромагнетизм
Магнітне поле у \u200b\u200bвакуумі.
Магнітна взаємодія постійних струмів. Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Магнітне поле струму. Закон Біо-Савара-Лапласа і його застосування до розрахунку магнітного поля прямолінійного провідника зі струмом. Магнітне поле кругового струму. Закон повного струму (циркуляція вектора магнітної індукції) для магнітного поля у вакуумі і його застосування до розрахунку магнітного поля тороїда і довгого соленоїда. Магнітний потік. Теорема Остроградського-Гаусса для магнітного поля. Вихровий характер магнітного поля під впливом магнітних полів на рухомий заряд. Сила Лоренца. Рух заряджених частинок в магнітному полі. Обертання контуру зі струмом в магнітному полі. Робота переміщення провідника і контура зі струмом в магнітному полі.
Електромагнітна індукція.
явище електромагнітної індукції (Досліди Фарадея). Правило Ленца. Закон електромагнітної індукції і його висновок із закону збереження енергії. Явище самоіндукції. Індуктивність. Токи при замиканні і розмиканні електричного кола, що містить індуктивність. Енергія котушки з струмом. Густина енергії магнітного поля.
Магнітне поле в речовині.
Магнітний момент атомів. Типи магнетиков. Намагніченість. Мікро- та макротокі. елементарна теорія діа- і парамагнетизму. Закон повного струму для магнітного поля в речовині. Напруженість магнітного поля. Магнітна проникність середовища. Ферромагнетики. Магнітний гістерезис. Точка Кюрі. Спінова природа феромагнетизму.
Рівняння Максвелла.
Фарадеевского і максвелловскую трактування явища електромагнітної індукції. Струм зміщення. Система рівнянь Максвелла в інтегральній формі.
коливальний рух
Поняття про коливальних процесах. Єдиний підхід до коливань різної фізичної природи.
Амплітуда, частота, фаза гармонічних коливань. Додавання гармонічних коливань. Векторні діаграми.
Маятник, вантаж на пружині, коливальний контур. Вільні затухаючі коливання. диференціальне рівняння згасаючих коливань Коефіцієнт загасання, логарифмічний декремент, добротність.
Вимушені коливання при синусоидальном впливі. Амплітуда і фаза при вимушених коливаннях. Резонансні криві. Вимушені коливання в електричних ланцюгах.
хвилі
Механізм утворення хвиль в пружному середовищі. Поздовжні і поперечні хвилі. Плоска синусоїдальна хвиля. Ті, що біжать і стоячі хвилі. Фазова швидкість, довжина хвилі, хвильове число. Одномірне хвильове рівняння. Групова швидкість і дисперсія хвиль. Енергетичні співвідношення. Вектор Умова. Плоскі електромагнітні хвилі. Поляризація хвиль. Енергетичні співвідношення. Вектор Пойнтінга. Випромінювання диполя. діаграма спрямованості
8 . хвильова оптика
інтерференція світла.
Когерентність і монохроматичность світлових хвиль. Розрахунок інтерференційної картини від двох когерентних джерел. Досвід Юнга. Інтерференція світла в тонких плівках. Інтерферометри.
Дифракція світла.
Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолінійне поширення світла. Дифракція Френеля на круглому отворі. Дифракція Фраунгофера на одній щілині. Дифракційна решітка як спектральний прилад. Поняття про голографическом методі отримання і відновлення зображення.
Поляризація світла.
Природний і полярізовнний світло. Поляризація при відбитті. Закон Брюстера. Аналіз лінійно-поляризованого світла. Закон Малюса. Подвійне променезаломлення. Штучна оптична анізотропія. Електрооптичні і магнітооптичні ефекти.
Дисперсія світла.
Області нормальної і аномальної дисперсії. Електронна теорія дисперсії світла.
квантова природа випромінювання
Теплове випромінювання.
Характеристики теплового випромінювання. Поглинальна здатність. Чорне тіло. Закон Кірхгофа для теплового випромінювання. Закон Стефана-Больцмана. Розподіл енергії в спектрі абсолютно чорного тіла. Закон зміщення Віна. Квантова гіпотеза і формула Планка.
Квантова природа світла.
Зовнішній фотоефект і його закони. Рівняння Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту. Фотони. Маса і імпульс фотона. Тиск світла. Досліди Лебедєва. Квантове і хвильове пояснення тиску світла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.
Завершенням космічного польоту вважається посадка на планету. До теперішнього часу тільки три країни навчилися повертати на Землю космічні апарати: Росія, США і Китай.
Для планет з атмосферою (рис. 3.19) проблема посадки зводиться головним чином до вирішення трьох завдань: подолання високого рівня перевантажень; захист від аеродинамічного нагрівання; управління часом досягнення планети і координатами точки посадки.
Мал. 3,19. Схема спуску КА з орбіти і посадки на планету з атмосферою:
N- включення гальмівного двигуна; А- сход КА з орбіти; М- відділення СА від орбітального КА; В- вхід СА в щільні шари атмосфери; С -початок роботи парашутної системи посадки; D- посадка на поверхню планети;
1 - балістичний спуск; 2 - плануючий спуск
При посадці на планету без атмосфери (рис. 3.20, а, б) Знімається проблема захисту від аеродинамічного нагрівання.
КА, що знаходиться на орбіті штучного супутника планети або наближається до планети з атмосферою для здійснення посадки на неї має великий запас кінетичної енергії, пов'язаної зі швидкістю КА і його масою, і потенційної енергії, обумовленої становищем КА щодо поверхні планети.
Мал. 3.20. Спуск і посадка КА на планету без атмосфери:
а- спуск на планету з попередніми виходом на орбіту очікування;
б- м'яка посадка КА з гальмівним двигуном і посадковим пристроєм;
I - гіперболічна траєкторія підльоту до планети; II - орбітальна траєкторія;
III - траєкторія спуску з орбіти; 1, 2, 3 - активні ділянки польоту при гальмуванні і м'яку посадку
При вході в щільні шари атмосфери перед носовою частиною СА виникає ударна хвиля, що нагріває газ до високої температури. У міру занурення в атмосферу СА гальмується, швидкість його зменшується, а розпечений газ все більше нагріває СА. Кінетична енергія апарату перетворюється в тепло. При цьому велика частина енергії відводиться в навколишній простір двома шляхами: велика частина тепла відводиться в навколишнє атмосферу через дії сильних ударних хвиль і за рахунок тепловипромінювання з нагрітої поверхні СА.
Найбільш сильні ударні хвилі виникають при затупленою формі носової частини, ось чому для СА застосовують затуплені форми, а не загострені, характерні для польоту при малих швидкостях.
З ростом швидкостей і температур велика частина тепла передається до апарату не за рахунок тертя об стислі шари атмосфери, а за рахунок випромінювання і конвекції від ударної хвилі.
Для відводу тепла від поверхні СА застосовуються такі методи:
- поглинання тепла теплозахисних шаром;
- радіаційного охолодження поверхні;
- застосування буря покриттів.
До входу в щільні шари атмосфери траєкторія КА підпорядковується законам небесної механіки. В атмосфері на апарат крім гравітаційних сил діють аеродинамічні і відцентрові сили, Що змінюють форму траєкторії його руху. Сила тяжіння спрямована до центру планети, сила аеродинамічного опору у напрямку, протилежному вектору швидкості, відцентрова і підйомна сили - перпендикулярно напрямку руху СА. Сила аеродинамічного опору зменшує швидкість апарату, в той час як відцентрова і підйомна сили повідомляють йому прискорення в напрямку, перпендикулярному його руху.
Характер траєкторії спуску в атмосфері визначається в основному його аеродинамічними характеристиками. При відсутності підйомної сили у СА траєкторія його руху в атмосфері називається балістичної (траєкторії спуску СА космічних кораблів серій «Восток» і «Восход»), а при наявності підйомної сили - або плануючої (СА КК Союз і «Аполлон», а також «Спейс Шаттл»), або рикошетирующих (СА КК Союз і «Аполлон»). Рух по планетоцентрична орбіті не пред'являє високих вимог до точності наведення при вході в атмосферу, оскільки шляхом включення рухової установки для гальмування або прискорення порівняно легко скорегувати траєкторію. При вході в атмосферу зі швидкістю, що перевищує першу космічну, помилки в розрахунках найбільш небезпечні, тому що занадто крутий спуск може привести до руйнування СА, а надто пологий - до віддалення від планети.
при балістичному спуску вектор рівнодійної аеродинамічних сил спрямований прямо протилежно вектору швидкості руху апарата. Спуск по балістичної траєкторії не вимагає управління. Недоліком цього способу є велика крутизна траєкторії, і, як наслідок, входження апарату в щільні шари атмосфери на великій швидкості, Що призводить до сильного аеродинамічному нагріванню апарату і до перевантажень, іноді перевищують 10g - близьким до гранично-допустимих значень для людини.
при аеродинамічному спуску зовнішній корпус апарату має, як правило, конічної форми, причому вісь конуса становить деякий кут (кут атаки) з вектором швидкості апарату, за рахунок чого рівнодіюча аеродинамічних сил має складову, перпендикулярну до вектора швидкості апарату - підйомну силу. Завдяки підйомної силі, апарат знижується повільніше, траєкторія його спуску стає більш пологою, при цьому ділянка гальмування розтягується і по довжині і в часі, а максимальні перевантаження і інтенсивність аеродинамічного нагріву можуть бути знижені в кілька разів, в порівнянні з балістичним гальмуванням, що робить планує спуск для людей більш безпечним і комфортним.
Кут атаки при спуску змінюється в залежності від швидкості польоту і поточної щільності повітря. У верхніх, розріджених шарах атмосфери він може досягати 40 °, поступово зменшуючись зі зниженням апарату. Це вимагає наявності на СА системи управління планують польотом, що ускладнює і ускладнює апарат, і в випадках, коли він служить для спуску тільки апаратури, яка здатна витримувати більш високі перевантаження, ніж людина, використовується, як правило, балістична гальмування.
Орбітальний щабель «Спейс Шаттл», при поверненні на Землю виконує функцію спускового апарата, планує на всій ділянці спуску від входу в атмосферу до торкання шасі посадкової смуги, після чого випускається гальмівний парашут.
Після того, як на ділянці аеродинамічного гальмування швидкість апарату знизиться до дозвуковій далі спуск СА може здійснюватися за допомогою парашутів. парашут в щільній атмосфері гасить швидкість апарату майже до нуля і забезпечує м'яку посадку його на поверхню планети.
У розрідженій атмосфері Марса парашути менш ефективні, тому на заключному ділянці спуску парашут відчіплюється і включаються посадочні ракетні двигуни.
Спущені пілотовані апарати космічних кораблів серії Союз ТМА-01М, призначені для приземлення на сушу, також мають твердопаливні гальмівні двигуни, що включаються за кілька секунд до торкання землі, щоб забезпечити більш безпечну і комфортну посадку.
Спусковий апарат станції Венера-13 після спуску на парашуті до висоти 47 км скинув його і відновив аеродинамічнийгальмування. Така програма спуску була продиктована особливостями атмосфери Венери, нижні шари якої дуже щільні і гарячі (до 500 ° С), і парашути з тканини не витримали б таких умов.
Слід зазначити, що в деяких проектах космічних кораблів багаторазового використання (зокрема, одноступінчатих вертикального зльоту і посадки, наприклад, Delta Clipper) передбачається на кінцевому етапі спуску, після аеродинамічного гальмування в атмосфері, також виробляти беспарашютную моторну посадку на ракетних двигунах. Конструктивно спусковий апарат можуть істотно відрізнятися один від одного в залежності від характеру корисного навантаження і від фізичних умов на поверхні планети, на яку проводиться посадка.
При посадці на планету без атмосфери знімається проблема аеродинамічного нагріву, але для здійснення посадки гасіння швидкості здійснюється за допомогою гальмівної рухової установки, яка повинна працювати в режимі програмованої тяги, а маса палива при цьому може значно перевищувати масу самого СА.
ЕЛЕМЕНТИ МЕХАНІКИ СУЦІЛЬНИХ СРЕД
Суцільний вважається середу, для якої характерно рівномірний розподіл речовини - тобто середа з однаковою щільністю. Такими є рідини і гази.
Тому в цьому розділі ми розглянемо основні закони, які виконуються в цих середовищах.
Завантаження ...