Разделы 
Дополнительно
Задача по физке - 12059
2019-12-17 
Определить к.п.д. ракетного двигателя как тепловой машины и его силу тяги. Ракетный двигатель использует в качестве горючего водород, в качестве окислителя - жидкий кислород. Секундный расход водорода 24 кг/сек. Скорость истечения газов из сопла ракеты $4,2 \cdot 10^{3} м/сек$. Теплотворная способность водорода $1,1 \cdot 10^{8} дж/кг$.
Решение:
При сгорании водорода в кислороде образуются водяные пары.
Секундный расход водорода при работе двигателя равен 24 кг/сек. Следовательно, мощность, развиваемая двигателем, равна $N = 1,1 \cdot 10^{8} дж/кг \cdot 24 кг/сек = 26,4 \cdot 10^{8} вт$.
Полезная работа, совершаемая двигателем за 1 сек (полезная мощность), равна кинетической энергии паров, вылетающих из сопла за 1 сек. Из уравнения реакции сгорания водорода
$2H_{2} + O_{2} = H_{2}O$
видно, что при сгорании 1 кмоль $H_{2}$ (2 кг) образуется 1 кмоль паров $H_{2}O$ (18 кг).Следовательно, каждую секунду при сгорании 24 кг $H_{2}$ из сопла двигателя вылетает 216 кг паров $H_{2}O$. Таким образом, полезная мощность двигателя равна $N_{н} = \frac{ \mu u^{2} }{2} \approx 19 \cdot 10^{8} вт$ ($\mu = 216 кг/сек, u = 4,2 \cdot 10^{3} м/сек$).
К.п.д. ракетного двигателя равен
$\eta = \frac{N_{н} }{N} \approx 0,72$.
(Согласно третьему закону Ньютона сила тяги, двигателя равна по абсолютной величине силе, действующей на вылетающие из сопла ракеты пары. Так как пары за время $\Delta t = 1 сек$ приобретают импульс $\mu | \vec{a} |$, то действующая на них сила равна по абсолютной величине $\frac{ \mu | \vec{u} | }{ \Delta t} \approx 9,0 \cdot 10^{5} н$.
Следовательно, сила тяги ракетного двигателя равна
$| \vec{F}_{т} | = 9,0 \cdot 10^{5} н$.
Определить к.п.д. ракетного двигателя как тепловой машины и его силу тяги. Ракетный двигатель использует в качестве горючего водород, в качестве окислителя - жидкий кислород. Секундный расход водорода 24 кг/сек. Скорость истечения газов из сопла ракеты $4,2 \cdot 10^{3} м/сек$. Теплотворная способность водорода $1,1 \cdot 10^{8} дж/кг$.
Решение:
При сгорании водорода в кислороде образуются водяные пары.
Секундный расход водорода при работе двигателя равен 24 кг/сек. Следовательно, мощность, развиваемая двигателем, равна $N = 1,1 \cdot 10^{8} дж/кг \cdot 24 кг/сек = 26,4 \cdot 10^{8} вт$.
Полезная работа, совершаемая двигателем за 1 сек (полезная мощность), равна кинетической энергии паров, вылетающих из сопла за 1 сек. Из уравнения реакции сгорания водорода
$2H_{2} + O_{2} = H_{2}O$
видно, что при сгорании 1 кмоль $H_{2}$ (2 кг) образуется 1 кмоль паров $H_{2}O$ (18 кг).Следовательно, каждую секунду при сгорании 24 кг $H_{2}$ из сопла двигателя вылетает 216 кг паров $H_{2}O$. Таким образом, полезная мощность двигателя равна $N_{н} = \frac{ \mu u^{2} }{2} \approx 19 \cdot 10^{8} вт$ ($\mu = 216 кг/сек, u = 4,2 \cdot 10^{3} м/сек$).
К.п.д. ракетного двигателя равен
$\eta = \frac{N_{н} }{N} \approx 0,72$.
(Согласно третьему закону Ньютона сила тяги, двигателя равна по абсолютной величине силе, действующей на вылетающие из сопла ракеты пары. Так как пары за время $\Delta t = 1 сек$ приобретают импульс $\mu | \vec{a} |$, то действующая на них сила равна по абсолютной величине $\frac{ \mu | \vec{u} | }{ \Delta t} \approx 9,0 \cdot 10^{5} н$.
Следовательно, сила тяги ракетного двигателя равна
$| \vec{F}_{т} | = 9,0 \cdot 10^{5} н$.
