Це твердження називають законом збереження імпульсу.

Застосування й винайдення

Реактивний рух застосовується в реактивному двигуні, одному з найпоширеніших типів двигунів літальних апаратів. Реактивний двигун є варіантом газової турбіни. Повітря, проходячи крізь приймач спереду, стискується компресором або гвинтом і подається у камеру згоряння. Впорскується і згорає паливо (зазвичай, гас). Гарячий газ розширюється і обертає турбіну, яка керує компресором; і виходить із сопла з дуже великою швидкістю, що викликає відбій, і літальний апарат рухається вперед. У 1930 р. курсант Британських королівських військово-повітряних сил Френк Уїттл запатентував конструкцію реактивного двигуна. До 1937 року винахідник побудував його і випробував на землі. Цей двигун міг розвивати тягу 3800 кН. Саме цей двигун і був першим реактивним двигуном. Приблизно у той же час німецький інженер Ганс фон Огайн створив подібний двигун, що у 1939 році був встановлений на літаку «Хейнкель 178».

У сучасній цивільній та військовій авіації, в космічній техніці широко застосовуються реактивні двигуни, в основу створення яких покладено принцип отримання тяги за рахунок сили реакції, що виникає при відкинутій від двигуна деякої маси (робочого тіла), а напрямок тяги і руху відкидається від робочого тіла протилежно. При цьому тяга пропорційна добутку маси робочого тіла на швидкість. Так спрощено можна описати роботу реактивного двигуна, а справжня наукова теорія сучасних реактивних двигунів розроблялася кілька десятків років.

Основні закони механіки - перший і другий закони Ньютона - дають змогу розв'язувати будь-які механічні задачі. Але другий закон Ньютона у вигляді можна застосовувати тільки для тіла з постійною масою, якщо його швидкість набагато менша від швидкості світла, а значення маси m значно перевищує значення мас елементарних частинок.

Для розв'язування задач на рух тіл змінної маси застосовують другий закон Ньютона у найбільш загальному вигляді:

де F-сила;Dt-час дії сили;∆P-зміна імпульсу тіла. Імпульс тіла - векторна фізична величина. А вираз ∆P виражає зміну імпульсу тіла. Зміна вектора імпульсу тіла під дією постійної сили дорівнює добутку сили на час її дії і називається імпульсом сили.

Для визначення імпульсу системи тіл або точок потрібно знайти векторну суму імпульсів окремих частин системи:

Посилаючись на третій закон Ньютона і векторну рівність (2), можна довести, що зміна імпульсу системи тіл, які взаємодіють між собою, визначається векторною сумою всіх зовнішніх сил, які діють на систему:

2 Реактивний рух як прояв дії закону збереження імпульсу

Розглянемо це на прикладі зіткнення двох пружних тіл

Нехай два тіла масами m1 і m2, рухаються назустріч одне одному зі швидкостями ν1 і ν2

Після зіткнення, перше тіло набуде швидкості ν1/, а друге ν2/ -. У момент удару на першу кулю діє сила

на другу:

За третім законом Ньютона ці сили рівні за величиною і протилежні за напрямом.

де в лівій частині рівності стоїть сума імпульсів до взаємодії, а в правій - сума імпульсів після взаємодії тіл.

Із отриманого виразу можна зробити висновок: сума імпульсів тіл, які утворюють замкнену систему, залишається незмінною за будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою.

Це твердження називають законом збереження імпульсу.

Замкненою системою називають групу тіл, які не взаємодіють ні з якими іншими тілами, що не входять до складу цієї групи. Сили взаємодії між тілами, що утворюють замкнену систему, називають внутрішніми.

Відзначимо, що закон збереження імпульсу універсальний, тобто виконується завжди. 1903 року Ціолковський вперше у світі запропонував конструювати схему рідинної ракети. Ідеї Ціолковського здобули загального визнання ще в 1920-ті роки. У Ціолковського з’явилися послідовники і популяризатори як у Росії, так і в інших державах. В Америці — професор Годдард, який 1926 р. побудував і випробував у польоті першу у світі ракету на рідкому паливі. У Німеччині — Оберт і Зенгер. У Росії популяризатором ідей Ціолковського став, зокрема, Я. І. Перельман (автор книги «Цікава фізика»). Деякі інженери та вчені взялися розвивати його ідеї.

Блискучий продовжувач його справи С. П. Корольов за місяць до запуску першого штучного супутника Землі говорив, що ідеї та праці Костянтина Едуардовича будуть дедалі більше привертати до себе увагу в міру розвитку ракетної техніки, у чому мав цілковиту рацію! У 1918 р. в Новосибірську вийшла книга Ю. В. Кондратюка «Тим, хто буде читати, щоб будувати», у якій автор дає оригінальний висновок формули Ціолковського, пропонує схему триступінчатої киснево-водневої ракети, орбітального космічного корабля, схему польоту на Місяць (саме її використали американці, оскільки вона виявилася оптимальною). Шкода, що цей талановитий інженер не зміг взяти участь у створенні ракетної техніки — у 30-х його посадили до в’язниці «за шкідництво» (він саме працював над будівництвом елеваторів), потім випустили, але він загинув під час війни. У 1924 р. інший інженер, захоплений ідеєю міжпланетних подорожей, Ф. А. Цандер у своєї книзі «Польоти на інші планети» запропонував комбінацію літака з ракетою. Значний внесок у розробку космічних апаратів зробили вчені С. П. Корольов, М. К. Янгель, В. Браун та ін. Завдяки їхній натхненній праці 4 жовтня 1957 р. у СРСР було запущено перший штучний супутник Землі. 12 квітня 1961 р. радянський громадянин Юрій Гагарін став першим в історії людства пілотом космічного корабля «Восток». Одним із визначних досягнень космічної програми США став політ космічного корабля «Аполлон», який дав можливість астронавту Нілу Армстронгу в 1969 р. здійснити першу прогулянку поверхнею Місяця.

Внесок українських вчених у розвиток космонавтики. Становлення космічної галузі України почалося 1937 року зі створення в Харківському авіаційному інституті Харківської реактивної групи під керівництвом Г. Проскури, що здійснила запуск великої стратосферної ракети під Харковом. У 1951 р. за рішенням Радянського Уряду великий автомобільний завод, що будується в Дніпропетровську, був перетворений у завод № 586 для виробництва радянських ракет Р-1. Для реалізації проекту щодо розробки ракети Р-12 з новими бойовими якостями 1954 р. на території заводу було створене самостійне Особливе конструкторське бюро, головним конструктором якого був призначений Михайло Янгель. У 1966 р. завод № 586 був перейменований у Південний машинобудівний завод, а конструкторське бюро № 586 — у конструкторське бюро «Південне».У 1957 р. на базі бойової ракети Р-12 була створена космічна ракета-носій «Космос», що була в експлуатації до 1977 року.Українські підприємства й організації «Комунар», «Арсенал», «Моноліт», Євпаторійський космічний центр брали участь у підготовці запуску першого штучного супутника Землі, виведеного на орбіту 4 жовтня 1957 року. З початку 60-х років підприємства України почали розробку і виробництво систем керування, бортової автоматики та інших систем і приладів для космічних об’єктів і комплексів. 12 квітня 1961 року російська модифікована міжконтинентальна балістична ракета Р-7, обладнана приладами підприємств «Комунар» і «Арсенал», вивела на навколоземну космічну орбіту першого в історії людства космонавта Юрія Гагаріна.Діяльність конструкторського бюро «Південне» у сфері наукових досліджень почалася 1961 року з розробки космічних апаратів «Метеор» і «Стріла». У 1962 р. ракета-носій «Космос» вивела на орбіту перший супутник дніпропетровської розробки ДС-2, а 1967 року ракетою-носієм «Космос» на орбіту був виведений орієнтований в атмосфері супутник «Космічна стріла».З 1965 року в конструкторському бюро «Південне» почалися роботи зі створення серії малих уніфікованих супутників для проведення наукових досліджень.У середині 60-х років завод і конструкторське бюро «Південне» почали розробку космічних ракет-носіїв «Циклон» на базі бойових міжконтинентальних ракет Р-36.У 1969 р. з ініціативи конструкторського бюро «Південне» зі створення і реалізації міжнародної космічної програми «Інтер-космос» відбулося виведення на орбіту першого супутника — «Інтер-космос-1». У рамках співробітництва з Французьким космічним центром протягом 1971-1982 рр. були здійснені запуски наукових супутників серії «Ореол», створених конструкторським бюро «Південне» і Южмашем. На початку 70-х років конструкторське бюро «Південне» почало розробляти автоматичні універсальні орбітальні станції з орієнтацією на Землю і Сонце. Фахівцями конструкторського бюро «Південне» була надана технічна допомога Індійської організації космічних досліджень під час розробки і запусків у 1975-1979 роках індійських супутників «Аріабхата» і «Бхаскара». У 1976 р. у конструкторському бюро «Південне» під керівництвом Володимира Уткіна почалися роботи зі створення космічного ракетного комплексу «Зеніт», розробка й іспити якого продовжувалися протягом 10 років. На початку 80-х років почалися роботи із запусків космічних апаратів серії «Океан» для дистанційного зондування і дослідження Світового океану. Для реалізації космічної діяльності в незалежній Україні в 1992 році був створений спеціальний орган виконавчої влади — Національне космічне агентство України. Через два роки була прийнята перша Державна космічна програма України на 1993-1997 роки.За нових умов успішно почалися розвиток і розробка нових космічних проектів і програм.У 1995 р. Державне конструкторське бюро «Південне» і виробниче об’єднання «Южмаш» разом з партнерами зі США, Росії і Норвегії почали реалізацію унікального проекту «Морський старт» зі створення ракетно-космічного комплексу з однойменною назвою.Того ж року з космодрому Плесецьк ракета-носій «Циклон-3» зробила запуск на орбіту першого супутника під юрисдикцією України «Сич-1» У 1996 р. були створені Інститут космічних досліджень і Національний центр керування й випробування космічних засобів у місті Євпаторія.На черговій сесії Верховної Ради України в 1996 р. був прийнятий Закон України «Про космічну діяльність». У 1997 р. Державне конструкторське бюро «Південне» у співробітництві з російськими й українськими підприємствами почали створення космічного ракетного комплексу «Дніпро» на базі міжконтинентальних балістичних ракет РС-20 (SS-18 «Сатана» за класифікацією НАТО). У рамках розвитку міжнародного співробітництва в листопаді 1997 року відбувся політ першого космонавта-дослідника незалежної України Леоніда Каденюка в складі екіпажа американського космічного корабля «Колумбія» місії STS-87. З метою підвищення ефективності космічної діяльності України 1998 року до сфери керування Національного космічного агентства були передані підприємства й установи космічної галузі. З 1999 року почалася активна реалізація міжнародних і національних космічних програм. У березні 1999 року відбувся перший запуск ракети-носія «Зеніт-3SL» за програмою «Морський старт», коли на орбіту був виведений макет супутника. У жовтні ракета-носій «Зеніт-3SL» здійснила перший комерційний запуск із плавучого космодрому і вивела на геостаціонарну орбіту американський супутник зв’язку Direc TV-1R. У квітні 1999 року був реалізований перший запуск ракети-носія «Дніпро», що вивів на орбіту англійський супутник «Уосат-12». У липні 1999 року ракета-носій «Зеніт-2» запустила на орбіту україно-російський супутник дистанційного зондування Землі «Про». Запуск ракетою-носієм «Зеніт-3SL» американського супутника PanAmSat-9 за програмою «Морський старт» відбувся в липні 2000 року. У вересні 2000 року ракета-носій «Дніпро-1» успішно запустила п’ять іноземних невеликих супутників: «Саудісат-1А» і «Саудісат-1Б, що належать Саудівської Аравії, італійські «Унісат» і «Мегсат», і малайзійський супутник «Тіунгсат». У 2001 р. були здійснені шість пусків українських ракет-носіїв Зеніт-2, Зеніт-3SL, Циклон-2, Циклон-3. Виведені на орбіти 15 космічних апаратів, одним із яких був україно-російський космічний апарат «АУОС-СМ-КФ», призначений для реалізації програми дослідження сонячної активності в рамках спільного україно-російського проекту «КОРОНАС». 15 червня 2002 року був здійснений останній до цього часу пуск РН «Зеніт-3SL». Був виведений на орбіту космічний апарат «Galaxy IIIC». 24 жовтня 2002 року Верховна Рада України прийняла Третю Загальнодержавну (Національну) космічну програму України на 2003-2007 роки. 20 грудня 2002 року конверсійна ракета-носій «Дніпро» вивела на орбіту шість космічних апаратів закордонних замовників. Як бачимо, внесок українських вчених у розвиток світової космонавтики є досить вагомим і значним.

Штучні супутники Землі - космічні літальні апарати, виведені на навколоземні орбіти. Вони призначаються для вирішення різних наукових і прикладних задач. Першою науковою працею з використання ракетної техніки для запуску космічних апаратів стала книга Костянтина Ціолковського «Дослідження світових просторів реактивними приладами» (1903). Науковець визначив необхідну орбітальну швидкість руху для мінімальної орбіти навколо Землі на рівні 8 км/с та запропонував для її досягнення використовувати багатоступневі ракети на рідкому паливі. Як паливо було запропоновано використовувати зріджені водень та кисень, хоча можливі були й інші комбінації.

У 1928 році Герман Поточник (1892–1929) опублікував свою єдину книгу «Проблема космічної подорожі — ракетний двигун», що являла собою схему виходу в космос та постійного перебування людини у ньому. Він детально представив космічну станцію та підрахував її геостаціонарну орбіту, описав використання орбітальних космічних апаратів для ведення детальних спостережень за Землею, а також як незвичайні умови космосу могли бути використані для наукових експериментів. Книга описувала геостаціонарні супутники (вперше запропоновані Ціолковським) та обговорювала комунікації між ними самими та землею по радіо, однак так і не дісталася вже близької ідеї використання супутників для масового радіовіщування та як телекомунікаційних. У своїй статті 1945 року письменник-фантаст Артур Чарльз Кларк (1917–2008) запропонував детальну схему можливого використання супутників для супутникового зв'язку. Вказуючи на переваги високошвидкісного глобального зв'язку, Кларк розглянув питання техніки запуску супутників, можливі орбіти та інші аспекти створення супутникової мережі. Він також припустив, що для покриття усієї планети було б достатньо трьох геостаціонарних супутників.

Першим штучним супутником став «Супутник-1», запуском якого 4 жовтня 1957 Радянським Союзом започаткована радянська програма «Супутник» під керівництвом Сергія Корольова. Подія також стала початком космічної гонки між СРСР та США. Виміри орбітального відхилення «Супутника-1» допомогли визначити густину високих шарів атмосфери. З його допомогою було досліджено розповсюдження радіосигналів у іоносфері. Корпус супутника було наповнено стисненим азотом, тож надав першу змогу виявлення метеороїдів, оскільки їх потрапляння через зовнішню поверхню відобразилося б на температурних даних, які надсилалися на Землю. Однак, оскільки неочікуване оголошення успіху радянського космічного апарату викликало в Сполучених Штатах «Супутникову кризу» та у рамках холодної війни розпалило космічну гонку, політичне значення «Супутника-1» значно переважало наукове. 3 листопада 1957 відбувся запуск «Супутника-2», який доправив космосу першу живу істоту земного походження — собаку на прізвисько Лайка. 29 липня 1955 Білим домом було оголошено намір запустити штучні супутники до весни 1958 року; ця програма стала відомою як проект «Авангард». 31 липня Радянський Союз оголосив намір запустити супутник до осені 1957. Під тиском Американського ракетного товариства, Національного наукового фонду США та Міжнародного геофізичного року, військовий інтерес було поновлено, і на початку 1955 повітряні та морські сили США почали працювати над конкуруючим проекту «Авангард» проектом «Орбітер», який для запуску супутників передбачав використання ракети «Юпітер-С». Проект мав успіх, і 31 січня 1958 року «Експлорер-1» став першим супутником Сполучених Штатів. Найбільшим штучним супутником, що на сьогодні розташований на земній орбіті, є Міжнародна космічна станція.

Міжнародна космічна станція, скор. МКС (англ. International Space Station, скор. ISS) - пілотована орбітальна станція, використовувана як багатоцільовий космічний дослідницький комплекс. МКС - спільний міжнародний проект, в якому беруть участь 14 країн: США, Росія, Японія, Канада і входять в Європейське космічне агентство Бельгія, Німеччина, Данія, Іспанія, Італія, Нідерланди, Норвегія, Франція, Швейцарія, Швеція. Спочатку в складі учасників були Бразилія і Великобританія. Управління МКС здійснюється: російським сегментом - з Центру управління космічними польотами в Королеві, американським сегментом - з Центру управління польотами імені Ліндона Джонсона в Х'юстоні. Управління лабораторних модулів - європейського «Колумбус» та японського «Кібо» - контролюють Центри управління Європейського космічного агентства (Оберпфаффенхофен, Німеччина) та Японського агентства аерокосмічних досліджень (м Цукуба, Японія). Між Центрами йде постійний обмін інформацією. Однією з основних цілей при створенні МКС була можливість проведення на станції експериментів, що вимагають наявності унікальних умов космічного польоту: мікрогравітації, вакууму, космічних випромінювань, чи не ослаблених земною атмосферою. Головні області досліджень включають в себе біологію (в тому числі біомедичні дослідження і біотехнологію), фізику (включаючи фізику рідин, матеріалознавство і квантову фізику), астрономію, космологію і метеорологію. Дослідження проводяться за допомогою наукового обладнання, в основному розташованого в спеціалізованих наукових модулях-лабораторіях, частина обладнання для експериментів, що вимагають вакууму, закріплена зовні станції, поза її гермооб'єму.