II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ВОЕННОЙ ТЕХНИКЕ: РОССИЙСКИЕ РЕАКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЛПОВОГО ОГНЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Журавель А.С. 1Краус И.В. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Кадетская школа имени Героя Советского Союза Николая Васильевича Старшинова», МО г-к Анапа

Осяк С.А. 1

---

1МАОУ КШ им. Н.В. Старшинова

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 Введение

Проблема, которую мы пытаемся решить, заключается в следующем: среди многих обучающихся, мечтающих стать военными бытует мнение, что самое главное для военного – это его физическая подготовка, т.е. тренированность тела, однако они упускают из виду то, что современная армия сейчас настолько оснащена технически, что грамотным военным специалистом без знания специальных предметов, физики в том числе, стать невозможно. Решая задачи по физике можно отметить, что во многих из них объектом являются формализованные тела – шарики, бруски, тележки. Обучающимся, готовящимся стать военными было бы интересно решать задачи с соответствующим содержанием. И, конечно же, лучший способ познать тот или иной закон физики, усвоить понятие - провести опыт. Но пока в нашей школе демонстрационных приборов для такой работы не хватает, а для изучения некоторых тем их нет вообще, поэтому мы попытались решить проблему с демонстрациями по теме «Реактивное движение»

Актуальность выбранной темы обусловлена значением изучения законов сохранения импульса для мировоззрения школьника, показывая диалектику природы в части взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы. Реактивное движение является одним из важных случаев практического использования закона сохранения импульса, что приближает школьников к понятию того, что физика не застывший гранит науки, а современный инструмент, который способствует развитию техники мирной и военной.

Поступая в кадетские школы, корпуса, другие специализированные образовательные учреждения, обучающиеся мечтают стать военными, служить Родине, их интерес направлен на изучение истории появления военной техники, ее современное состояние. Безусловно, применение теории реактивного движения в современной военной технике – один из интереснейших аспектов, который можно раскрыть при изучении на уроках физики тем «Закон сохранения импульса и энергии», «Реактивное движение».

Цель: показать на примере развития реактивных систем залпового огня в России практическое использование закона сохранения импульса.

Задачи:

1. Проанализировать методическую литературу и материалы интернет-пространства по рассматриваемому вопросу.

2. Раскрыть исторический аспект вопроса.

3. Систематизировать данные о российских реактивных системах залпового огня.

4. Составить физические задачи с техническими данными реактивных систем залпового огня.

5. Приготовить демонстрации реактивного движения, изготовить прибор «сегнерово колесо».

6. Выступить с теоретическим материалом и приборами перед учащимися МАОУ КШ с объяснением принципа действия и демонстрацией; прорешать в классе составленные авторами задачи.

Предмет исследования: реактивное движение

Объект исследования: изучение реактивного движения в специализированной (кадетской) школе.

Анализируя используемую литературу и интернет – источники можно отметить, что исторический аспект развития реактивных систем залпового огня представлен подробно, интересно у таких авторов как Самардяк В.А., Симонов Н.С. Представлено много реферативных работ на тему «Реактивное движение», например, учащейся 11 класса Лимоновой Т. На таких сайтах, как «Военная техника. Вооружение России и мира», можно найти интересующую информацию по любому виду как российского, так и зарубежного вооружения. Хорошо и много описано опытов по демонстрации реактивного движения в методической литературе для учителей физики, на сайтах учителе физики, в представленных учителями методических разработках уроков [3.9,10]. Что не встречается, так это физические задачи с военно-техническим содержанием для школьников.

Мы считаем нашим вкладом в решение увиденных нами проблем проведенную просветительскую работу среди одноклассников, составление нами оригинальных задач, пополнение кабинета физики самодельными приборами.

1. История применения принципов реактивного движения в военной технике

Реактивное движение, т.е. движение под действием реактивной силы, возникает, когда в процессе его движения отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть. Если некоторая система выбрасывает часть своей массы, а выброшенная часть изменят при этом свой импульс, тогда на систему действует реактивная сила, равная изменению импульса выброшенной части за единицу времени.

В более поздних веках ракеты стали известны арабам и индусам. Так арабы в 1249 году использовали зажигательные ракеты при защите города Дамиеты. В начале XIII века ракеты именуемые «ignis volans - летающий огонь» появились в Европе. Затем в обиход вошло слово «ракета» происходящее от итальянского «rocchetto»(звездочка) [5,7]

Известны случаи использования ракет для военных целей и в более позднее время, в самых различных частях земного шара. Например, в XV веке знаменитый чешский полководец и государственный деятель Ян Гус применял при осаде городов зажигательные ракеты, которым придавал внешний вид птиц. Ракеты вызывали пожары, которые в скученных средневековых городах были особенно опасными и производили на осаждаемых устрашающее действие.

В Псковской летописи XV века встречается упоминание о ракетах-стрелах, в начале XVII века было хорошо известны способы изготовления фейерверочных и боевых ракет. "Устав ратных пушечных и других дел, касающихся военной науки" написанный в 1621 году дьяком Онисимом Михайловым, описывает способ применения боевых ракет, при осаде вражеских крепостей[7].

В XVIII веке индийские войска имели особые подразделения ракетомётчиков, применявших ракеты организованно и в значительном количестве в войне с англичанами. Английский полковник Конгрев, взяв на вооружение принцип работы ракеты, разработал новый тип боевой ракеты, соответствующий уровню тогдашней европейской техники, испытания которой прошли в 1804 году. Применена при осаде англичанами Копенгагена в 1807 году: с кораблей британского флота было выпущено по городу несколько тысяч «конгревовых» ракет. Этот эпизод известен в истории под названием «сожжение Копенгагена ракетами»[5].

В середине XIX века реактивное оружие было принято на вооружение также и в русской армии. Творцом русской ракеты был крупнейший ученый-артиллерист генерал-лейтенант К. И. Константинов. В 1850 году в Петербурге под его руководством работал специальный «ракетный завод». Второй, еще более крупный завод боевых ракет был основан в г. Николаеве по проекту того же генерала Константинова. Максимальная дальность полета русских ракет доходила до четырех километров, при общем весе до 80 килограммов. По условиям техники того времени эти данные можно считать рекордными[8].

Несмотря на такие успехи, дальнейшего развития ракетное оружие ни в Европе, ни в России не получило. Это было связано с развитием нарезной артиллерии и господством доктрины, по которой все задачи полевой войны вполне может решать 75-80-мм дивизионная пушка. В конце XIX - начале XX века на вооружении русской армии осталась только осветительная ракета.

И только накануне второй мировой войны ракетное оружие, возродившееся на новой технической основе, стало снова завоевывать себе место в военной технике, отнюдь не вытесняя орудийную артиллерию, но, помогая ей решать многие задачи.

1. История развития реактивных систем залпового огня в России

В СССР реактивные пороховые снаряды были приняты на вооружение Красной Армии в 1938-1941 годах. Впервые в боевых условиях их применили в 1938 г. на Халкин-Голе. Запуск осуществлялся с истребителя И-16. В июне 1940 г. реактивные снаряды М-8 и M-I3, начали осваиваться в серийном производстве. По данному виду минометного вооружения Красная Армия не имела равных, но к разработке других систем реактивной техники, например, противотанковых и зенитных, не говоря уже о самолетах-снарядах и баллистических ракетах, советские инженеры и конструкторы даже не приступали.

В начале Великой отечественной воны, в августе 1941 г. Ставка Верховного Главнокомандования приняла решение о формировании восьми полков реактивной артиллерии, которым еще до участия в боях присваивалось наименование «гвардейских минометных полков артиллерии Резерва ВГК». Полк состоял из трех дивизионов, дивизион - из трех батарей, по четыре БМ-8 или БМ-13 в каждой. В октябре 1941 г. после нескольких успешных операций реактивные системы залпового огня БМ стали ласково именоваться «Катюшами»[8].

К концу войны на фронтах появилась новая модификация «Катюши» -БМ-31. В действующей армии насчитывалось в конце войны 40 отдельных дивизионов, 105 полков, 40 бригад и 7 дивизий реактивной артиллерии. А чтобы представить себе, что означают эти цифры, надо лишь учесть: залп всех установок был эквивалентен одновременному залпу 5000 артиллерийских полков .

После 2-й мировой войны во всех странах стали уделять большое внимание ракетному и реактивному оружию. При анализе боевых действий было установлено, что роль того или иного оружия в современных условиях определяется следующими основными факторами: универсальностью оружия; дальностью действия; эффективностью применения; влиянием метеорологических условий на возможности применения оружия. Для запуска реактивных снарядов нужны легкие и простые устройства. Движение реактивного снаряда обеспечивается реактивным двигателем самого снаряда, а не в результате воздействия на него пороховых газов в канале ствола артиллерийского орудия. Поэтому устройства для запуска реактивных снарядов не испытывают больших усилий, не воспринимают силу отдачи и в отличие от артиллерийских орудий могут быть конструктивно выполнены значительно легче и проще артиллерийских орудий. Реактивные снаряды могут быть использованы для поражения различных целей, в отличие от обычного оружия, предназначенного для поражения ограниченного рода целей. Дальность действия - важнейшее боевое качество оружия, одно из основных тактических его свойств. Сторона, имеющая оружие с большей дальностью действия, чем ее противник может выбирать наиболее целесообразную дистанцию боя, наносить удары по противнику, не подвергаясь воздействию его оружия, наносить упреждающие удары.

1. Реактивная система залпового огня «Катюша»

Боевая машина реактивной артиллерии предназначена для уничтожения живой силы и техники противника (рис. 2, таблица 1). Русская «Катюша» снискала себе славу во всем мире. После окончания Великой отечественной войны реактивные установки стояли на вооружении всех союзников СССР от Кубы до Вьетнама. «Катюша» успела повоевать в Китае, Корее, на Ближнем Востоке[6].

Рис.2 Катюша

1. Современные российские реактивные системы залпового огня

Сейчас среди российских разработок наиболее известны реактивные системы залпового огня (РСЗО) «Град» и «Смерч».

1.  

   1. Реактивная система залпового огня «Град»

Генеральный подрядчик всех советских и российских реактивных систем залпового огня НПО «Сплав» (сегодня ГУП «Сплав») разработало в середине 50-х годов реактивную систему залпового огня «Град» - БМ-21. Проект был завершен в 1958 году, система поставлена на вооружение в 1963 году. Главной задачей БМ-21 является обеспечение огня прикрытия при подавлении противотанковых ракет, минометных и артиллерийских позиции, а также уничтожение центров сопротивления (рис.3, таблица 2)[1].

Рис. 3 Реактивная система залпового огня «Град» на марше и в бою

Таблица 2. Тактико-технические характеристики БМ-21 «Град»

1.  

   1. Реактивная система залпового огня 9К58 «Смерч»

Реактивная система залпового огня 9К58 «Смерч», это качественно новое в области реактивных систем оружие. РСЗО 9К58 «Смерч» создан в 1986-м, на вооружение Вооруженных Сил принят в 1989 году. Реактивная система залпового огня «Смерч» обеспечивает боевые и эксплуатационные характеристики в любое время суток и года в диапазоне приземных температур от +50 до -50 °С. Реактивная система залпового огня 9К58 «Смерч» не имеет аналогов по дальности и эффективности огня, площади поражения живой силы и бронетехники. Если РСЗО «Град» накрывает площадь в 4 га на расстоянии 20 км, РСЗО «Ураган» - 29 га на дальности 35 км, MLRS - 33 га на расстоянии 30 км, то у «Смерча» площадь поражения фантастическая - 67 га (672 тыс. кв. м) при дальности залпа от 20 до 70 км, в ближайшей перспективе - и до ста. Причем «Смерч» сжигает все, даже бронетехнику (рис. 4, таблица 3)[1].

Рис.4 Реактивная система залпового огня «Смерч» на марше и в бою

Таблица 3. Тактико-технические характеристики 9К58 «Смерч»

1.  

   1. Реактивная система залпового огня 9К51М «Торнадо - Г»

Новейшая реактивная система залпового огня 9К51М «Торнадо-Г» (Г - Град) - российская модернизированная реактивная система залпового огня. Создана на ФГУП Государственном научно-производственном предприятие «Сплав». Система является двухкалиберной и объединяет на одной платформе «Град» и «Смерч». Установка может покинуть позицию еще до того как снаряд достигнет цели. Это достигается за счет автоматизации стрельбы. Система способна наносить удар как залпом, так и одиночными высокоточными ракетами.

122-миллиметровая РСЗО «Торнадо-Г» со временем должны заменить БМ-21 «Град», находящийся на вооружении с 1963 года. РСЗО предназначена для нанесения ударов по открытой и находящейся в укрытии живой силе противника, бронетехнике, артиллерийским и минометным батареям, командным пунктам. По своей боевой эффективности система в 2,5-3 раза превосходит «Град» за счет мощности боеприпаса, дальнобойности, кучности боя, точности автоматизированной системы прицеливания и спутникового наведения (рис.5, таблица 4)[1].

Рис.5 Реактивная система залпового огня 9К51М «Торнадо - Г» на марше и в бою

Таблица 4. Тактико-технические характеристики РСЗО 9К51М «Торнадо-Г»

1.  

   1. Реактивная система залпового огня 9К57 «Ураган»

РСЗО «Ураган» - артиллерийское средство поддержки войск в армейской операции, предназначенное для поражения живой силы и бронированной и легкобронированной техники танковых и мотопехотных подразделений противника на марше и в местах сосредоточения, разрушения командных пунктов, объектов военной инфраструктуры и узлов связи, на дальностях стрельбы от 10 до 35 км, а также для дистанционного минирования местности в тактической глубине (рис.6, таблица 5).Принята на вооружение в 1976 году. Боевая машина имеет шестнадцать направляющих для неуправляемых реактивных снарядов

Рис.6. Реактивная система залпового огня 9К57 «Ураган» на марше и в бою

Таблица 5. Тактико-технические характеристики РСЗО “Ураган”

1. Составление задач

Решая задачи по физике можно приобрести новые знания и навыки, развить в себе настойчивость, приобщиться к физическому творчеству, проявить компетентностный подход к изучаемому предмету. Как нам представляется, наиболее эффективно и результативно развитие физического творчества проявляется при составлении физических задач преподавателем и учащимися, где отражается систематическое применение материалов по физике, элементов производственного процесса. Компетентное творчество прослеживается на всех этапах составления задач по физике. Нашей целью было составить несколько задач по собранным тактико-техническим характеристикам РСЗО, предложить их для решения одноклассникам. Это задание оказалось и интересным и сложным, потребовало дополнительных знаний, например, понимания того, что есть «радиус действия летательного аппарата», «гомогенная броня».

Задачи

1. Сравнить вес реактивной системы залпового огня БМ-21 «Град», проходящей выпуклый мост, имеющий радиус 25 метров в боевом положении, если масса установки в боевом положении 13,7 т., скорость 75 км/ч и автокрана Галичанин КС 55713-6 массой 23000 кг, движущегося с той же скоростью по данному мосту.

2. Реактивная система залпового огня БМ-21 «Град» выполняет задачу - поразить условного противника, находящегося на расстоянии максимальной дальности стрельбы (40 км). Учитывая, что в верхней точке траектории скорость полета снаряда 690 м/с, рассчитать высоту подъема снаряда и угол, под которым необходимо произвести выстрел.

3. Беспилотный летательный аппарат снабженный пульсирующим воздушно-реактивным двигателем и раскрываемыми после отделения тандемно расположенными крыльями большого удлинения запущен с РСЗО «Смерч». Рассчитать радиус действия аппарата, если он способен осуществлять программный разведывательный полет продолжительностью до получаса со скоростью до 145 км/час.

4. Реактивных снаряд с боевой частью массой 25 кг, выпущен РСЗО «Торнадо - Г», пробил 100 мм гомогенной брони при скорости подхода к цели 400 м/с. Рассчитать работу снаряда по пробиванию брони и ускорение, с которым он двигался внутри брони.

5. Реактивный снаряд 9М59, выпущенный РСЗО «Ураган», при подходе к цели имеет скорость около 400 м/c, рассчитайте какой энергией обладает снаряд, если масса его боевой части 100 кг.

6. Рассчитать, с каким ускорением двигался внутри направляющей реактивный снаряд РСЗО «Катюша», если длина направляющих 5м, а дульная скорость вылета снаряда 70 м/с.

1. Опыты, демонстрирующие реактивное движение

Демонстраций реактивного движения описано в методической литературе много: движение изогнутой трубки, соединенной с воронкой, наполненной водой; вращение сегнерова колеса; движение реактивной тележки, движение ракеты, многочисленные опыты с воздушным шариком.

Мы выбрали следующие и продемонстрировали их перед учащимися нашей школы во время изучения темы «Реактивное движение».

1. Реактивная рыбка[4]

Рис. 7 Схема опыта «Реактивная рыбка» и демонстрация его на уроке физики

Ход опыта: на листе картона с помощью линейки и карандаша нарисовать рыбку длиной 5-7 сантиметров (рис.7). Диаметр отверстия в середине рыбки должен составлять 5-7 миллиметров, а ширина канала между отверстием и хвостом - 1-2 миллиметра. Наполнить тазик или большую миску водой и аккуратно поместить на неё рыбку так, чтобы её нижняя сторона была смочена, а верхняя оставалась сухой. Это удобно сделать с помощью вилки: положи рыбку на зубья, а затем осторожно опустить на воду. После набрать в пипетку растительного масла или мыльного раствора, капнуть в отверстие рыбки 2-3 капли

Результат: наблюдаем движение рыбки. Для того, что бы опыт был нагляден, поставить наклонно большое зеркало.

Объяснение: масло (мыльный раствор) из отверстия потечёт по каналу в сторону хвоста, а рыбка начнёт двигаться в противоположную сторону. Растительное масло не смешивается с водой: попадая на её поверхность, оно растекается тонкой плёнкой. Когда ты капаешь масло в отверстие рыбки, оно стремится растечься по поверхности воды и направляется по каналу к хвосту. При этом возникает сила, толкающая рыбку в противоположную сторону. Чем быстрее вытекает масло, тем больше эта сила и тем стремительнее плывёт рыбка. Вытекающее масло - это жидкая реактивная струя, которая придаёт рыбке реактивную тягу.

1. Полет шарика[9]

Рис. 8 Схема опыта «Полет шарика» и демонстрация его на уроке физики

Ход опыта: Пропустить шпагат или прочную нить через трубочку. Концы шпагата привязать (или удерживать в руках), хорошо натянув, через всю комнату. Надуть шарик. С помощью скотча (изоленты) прикрепить шарик под трубочкой и освободить отверстие шарика (рис 8).

Результат: шарик быстро начнет перемещаться вдоль шпагата.

Объяснение: Когда отверстие в шарике открылось, из него вырвалась струя сжатого воздуха. Она создала реактивную силу, толкнувшую шарик в обратном направлении.

1. Сегнерово колесо[10]

Сегнерово колесо - устройство, основанное на реактивном действии вытекающей воды, было изобретено венгерским учёным Я. А. Сегнером (J. A. Segner) в 1750 и явилось прообразом гидравлической турбины. С. к. состоит из вертикальной подводящей трубы, на которой укреплена свободно вращающаяся горизонтальная труба (рис9) с горизонтальными же отогнутыми в противоположные стороны открытыми концами; через них жидкость вытекает, приводя С. к. во вращение. С. к. служит главным образом как демонстрационный прибор;

Рис. 9 Схема Сегнерова колеса и демонстрация на уроке физики

Ход опыта: Сделать модель «Сегнерово колесо» по любому из предложенных вариантов в методической литературе. Например, впаять в пластиковую бутылку с помощью клеевого пистолета две пластиковые соломинки, подвесить бутылку на штатив и залить в нее воды.

Результат: вода выливается из соломинок, бутылка вращается.

Объяснение: Вода, вырываясь из отверстий соломинок, создает реактивную силу, вращающую бутылку.

Заключение

В ходе работы мы проанализировали 10 источников методической, научно-популярной литературы, рассмотрели историю развития реактивных систем залпового огня, систематизировали данные по РСЗО, стоящих на вооружении в России.

Мы составили 6 задач с техническими данными реактивных систем залпового огня, решали их на уроках физики с одноклассниками. Приготовили демонстрации реактивного движения, изготовили прибор «сегнерово колесо».

С материалом, подобранным в ходе исследования, мы выступили на научном обществе учащихся МАОУ КШ, наше выступление вызвало интерес и одобрение товарищей.

Список использованных источников и литературы

1. Военная техника. Вооружение России и мира [Электронный ресурс] // http://kollektsiya.ru/ (дата обращения 25.11.2016)

2. Лимонова Т. Исследовательский проект по физике ученицы 11 класса (2011 г.) по теме "Закон сохранения импульса. Реактивное движение", создание демонстрационной модели. [Электронный ресурс] // http://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2012/12/19/proekt-po-teme-segnerovo-koleso (дата обращения 12.11.2016)

3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч.1./ В.П. Орехов, А.В. Усова. – М.: Просвещение, 1980. – 320 с.

4. Механика для детей. Рыбка с реактивным двигателем. [Электронный ресурс] // http://gogolclubs.ru/domysly/57-mehanika-dlya-detey-rybka-s-reaktivnym-dvigatelem.html (дата обращения 12.11.2016)

5. Реактивное движение в военной технике. [Электронный ресурс] // http://www.vevivi.ru/best/Reaktivnoe-dvizhenie-v-voennoi-tekhnike-ref213970.html (дата обращения 12.11.2016)

6. Реактивная установка БМ-13 «Катюша». История и характеристики. Преимущества и недостатки. [Электронный ресурс] // http://militaryarms.ru/voennaya-texnika/artilleriya/reaktivnaya-ustanovka-bm-13-katyusha/ (дата обращения 20.11.2016)

7. Самардяк В.А. Ракетное оружие [Электронный ресурс] // http://www.docme.ru/doc/145993/raketnoe-oruzhie (дата обращения 15.11.2016)

8. Симонов Н.С. Военно-промышленный комплекс СССР в 1920-1950-е годы: темпы экономического роста, структура и организация производства и управление. - М.: «Российская политическая энциклопедия» (РОССПЭН), 1996. -336 с.

9. Хромцова Л. В. Практические изобретательские задания и опыты. [Электронный ресурс] //festival.1september.ru/articles/593525/pril1.doc (дата обращения 12.11.2016)

10. Шуклина Е.В. Исследовательская работа «Опыты, демонстрирующие реактивное движение». [Электронный ресурс] // http://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2015/11/16/issledovatelskaya-rabota-opyty (дата обращения 12.11.2016)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Примеры решения задач на реактивное движение

Задачи

1)Какую скорость приобретает ракета массой 800 г, если продукты горения массой 20 г вылетают из нее скоростью 1200 м/с?

Дано: Решение

mr=0.8кг рr=pp

mp=0.02кг mrυr=mpυp

υp=1200м/с υr=mpυp/mr

υr=? υr=0.02кг*1200м/с/0.8кг=30м/с

Ответ: υr=30м/с

2)С судна массой 500 т произведен выстрел из пушки в сторону, противоположную его движению, под углом 60° к горизонту. На сколько изменилась скорость судна, если снаряд массой 25 кг вылетел со скоростью 1 км/с относительно судна?

Дано: Решение

М=5*10⁵кг

m=25кг

α=60º

υ₁=10³м/с (M+m)υ₀=Mυ-mυ₁cosα

∆υ=? M(υ-υ₀)=mυ₁cosα

∆υ=mυ₁cosα/M

∆υ=25*10³cos60 º/5*10⁵=0.025м/с

Ответ: ∆υ=0.025м/с