§ 25. Реактивное движение. Ракеты

Каждый ученик наверняка замечал, как сильно летит надутый шарик, если быстро разрезать или перерезать узелок на его горловине. Такое неожиданное ускорение легко объяснить через фундаментальный физический принцип сохранения импульса. Пока резинка герметично закрыта, вся система покоится, и её суммарный импульс строго равен нулю. Стоит только освободить проход, как сжатый газ стремительно вырывается наружу, приобретая значительную величину импульса, направленную в сторону истечения. Чтобы суммарный импульс оставался неизменным, сам шарик получает равный по модулю, но противоположно направленный импульс. Векторы скоростей тела и вытекающей среды оказываются строго противоположными, что и толкает игрушку в противоположную сторону. Наблюдение за таким процессом позволяет наглядно убедиться в справедливости физических законов.

Подобный тип перемещения получил название реактивного движения, которое возникает при отрыве части тела с определённой скоростью в одну сторону. Само тело при этом получает противоположно направленный импульс, заставляющий его двигаться в обратную сторону. Классическая демонстрация того же принципа — сегнерово колесо. Вода вытекает из сосуда через изогнутые трубки, и сам сосуд начинает вращаться назад относительно струй. Значит, реактивный толчок даёт не только поток газа, но и поток жидкости.

Природа также научилась использовать этот физический принцип для собственного передвижения. Многие морские обитатели, включая осьминогов, кальмаров и каракатиц, активно применяют подобный метод плавания. Они сначала набирают воду в специальную полость тела, а затем резко выталкивают её наружу. Анатомическое строение внутренних полостей идеально подходит для быстрого набора и сброса воды. Благодаря мощному реактивному толчку головоногие моллюски способны быстро перемещаться в толще воды. Некоторые виды кальмаров настолько эффективно используют свои природные двигатели, что способны кратковременно вылетать из водной глади, чтобы поймать добычу или скрыться от хищников. Рассмотри кальмара на рис. 1: сзади у него треугольные плавники, спереди — венец из щупалец, а между ними широкое мешковидное тело, мантия. Именно в эту полость набирается вода, которую животное затем резким сжатием выталкивает наружу.

В технике данный принцип нашёл самое широкое применение в авиационной и космической отраслях.