Механика · Расчёт и модель
Реактивный двигатель: баланс импульса
Как расход и скорость струи влияют на тягу идеальной модели?
9–11 классы · 3 встречи по 45 минут · ожидание между встречами указано в шагах
До начала работы
Двигатель и топливо не изготавливать; только расчётная модель.
Покажите план руководителю и согласуйте условия. Импульс mv, расход массы m_dot в кг/с; F=m_dot·v и мощность струи m_dot·v²/2; оговорённое давление на выходе.
Подготовьте материалы
- калькулятор
- учебная модель F=ṁv
- значения расхода 0,01 и 0,02 кг/с, скорости 10 и 20 м/с
Сначала предположение
Запишите, какой результат ожидаете и почему. Для конструкции задайте критерий успеха, для расчёта — допущения, для источников — проверяемое утверждение.
- Меняем или сравниваем
- расход, затем скорость струи
- Фиксируем
- тяга, Н
- Сохраняем / принимаем в модели
- неподвижная идеальная модель, единственный выходящий поток и отсутствие входящего потока импульса; давление на выходе равно окружающему; один меняемый параметр
Маршрут исследования
- 1
Нарисуй границу двигателя и направление выходящего потока.
- 2
Вычисли четыре сочетания расхода и скорости.
- 3
Сравни удвоение расхода с удвоением скорости.
- 4
Объясни допущение об отсутствии дополнительного давления на срезе.
- 5
Отличи расчёт тяги от расчёта энергетической эффективности.
Что должно остаться после работы
- Исходная таблица с единицами или карточки свидетельств. Неудачные попытки и изменения условий тоже записаны.
- Ответ на вопрос с двумя конкретными свидетельствами, объяснением и ограничением.
- План следующей проверки: Вычисли кинетическую мощность струи ṁv²/2 и сравни два варианта с одинаковой тягой.
- Личный итог каждого участника и короткая защита по исходному журналу.
Нужна помощь? Начните с двух вариантов и одной строки таблицы. Если результат не получается, проверьте условия с руководителем. Отсутствие ожидаемого эффекта можно обсуждать; выдумывать измерения нельзя.
Мой журнал проекта
Записи хранятся только в этом браузере и не отправляются руководителю. Для передачи скачайте файл. На общем компьютере после скачивания очистите записи. Можно вести тот же журнал на бумаге.
Загружаем записи…
Источники и инструменты
- Science Buddies: переменные и условия сравнения ↗
Опора для планирования исследования; конкретные задания курса написаны заново.
- Science Buddies: инженерный процесс ↗
Различаем проверку гипотезы и улучшение конструкции по критериям.
Предметное объяснение и ограничения — в руководстве учителю. Общие методические источники не являются проверкой каждого опыта. Руководитель предварительно пробует конкретную установку.