Почему взлетает ракета?

Даже среди людей, изучавших физику, случается нередко слышать совершенно превратное объяснение полета ракеты: она летит потому будто бы, что своими газами, образующимися при горении в ней пороха, отталкивается от воздуха. Так думали в старину (ракеты - давнее изобретение) ⁴. Однако если пустить ракету в безвоздушное пространство, она полетела бы не хуже, а даже лучше, чем в воздухе. Истинная причина движения ракеты совершенно иная. Очень понятно и просто изложил ее революционер - первомартовец Кибальчич в предсмертной своей записке об изобретенной им летательной машине. Объясняя устройство боевых ракет, он писал:

⁴ (Известно, что у восточных народов еще в X-XII веках имелись пороховые ракеты, которые прикреплялись к стрелам и использовались в бою (см.: Варваров Н. А. Популярная космонавтика.- М.: Машиностроение, 1981, с. 16).)

"В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр из прессованного пороха, имеющий по оси свободный канал. Горение пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени до наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении газы производят давление во все стороны; но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед".

Рис.7. Самая древняя паровая турбина, приписываемая Герону Александрийскому

Здесь происходит то же, что и при выстреле из пушки: снаряд летит вперед, а сама пушка отталкивается назад. Вспомните "отдачу" ружья и всякого вообще огнестрельного оружия! Если бы душка висела в воздухе, ни на что не опираясь, она после выстрела двигалась бы назад с некоторой скоростью, которая во столько раз меньше скорости снаряда, во сколько раз снаряд легче самой пушки. В фантастическом романе Жюля Верна "Вверх дном" американцы задумали даже воспользоваться силой отдачи исполинской пушки для выполнения грандиозной затеи - "выпрямить земную ось".

Ракета - та же пушка, только извергает она не снаряды, а пороховые газы. По той же причине вертится и так называемое "китайское колесо", которым, вероятно, случалось вам любоваться при устройстве фейерверков: при горении пороха в трубках, прикрепленных к колесу, газы вытекают в одну сторону, сами же трубки (а с ними и колесо) получают обратное движение. В сущности, это лишь видоизменение общеизвестного физического прибора - "сегнерова колеса".

Интересно отметить, что до изобретения парохода существовал проект механического судна, основанный на том же начале; запас воды на судне предполагалось выбрасывать с помощью сильного нагнетательного насоса в кормовой части; вследствие этого корабль должен был двигаться вперед. Проект этот (предложенный Ремзи) не был осуществлен ⁵, однако он сыграл известную роль в изобретении парохода, так как натолкнул Фултона на его идею.

⁵ (Гидрореактивные двигатели сейчас применяют иногда на так называемых водометах. Этим кораблям не страшны ни водоросли, ни мели; они используются на малых реках, например в качестве тракторов-амфибий на лесосплаве.)

Мы знаем также, что самая древняя паровая турбина, изобретенная Героном Александрийским еще во II веке до нашей эры, была устроена по тому же принципу; пар из котла (рис.7.) поступал по трубке в шар, укрепленный на горизонтальной оси; вытекая затем из коленчато-изогнутых трубок, пар толкал эти трубки в обратном направлении, и шар начинал вращаться. К сожалению, геронова паровая турбина в древности оставалась только любопытной игрушкой, так как дешевизна труда рабов никого не побуждала к практическому использованию машин. Но сам принцип не заброшен техникой: он применяется при устройстве реактивных турбин.

Рис.8. Паровой автомобиль, приписываемый Ньютону

Ньютону - автору закона действия и противодействия - приписывают один из самых ранних проектов парового автомобиля, основанный на том же начале: пар из котла, поставленного на колеса, вырывается в одну сторону, а сам котел в силу отдачи катится в противоположную (рис.8.).

Ракетные автомобили, об опытах с которыми в 1928 г. много писали в газетах и журналах, представляли собой видоизменение ньютоновой повозки.

Рис.9. Игрушечный пароходик из бумаги и яичной скорлупы

Для любителей мастерить на рис.9. показан бумажный пароходик ⁶, также очень похожий на ньютонову повозку: в паровом котле из опорожненного яйца, нагреваемом намоченной в спирте ваткой в наперстке, образуется пар; вырываясь струей в одну сторону, он заставляет весь пароходик двигаться в противоположную сторону. Для сооружения этой поучительной игрушки нужны, однако, очень искусные руки.

⁶ (Для строительства пароходика удобно использовать плотную фольгу. Топливом может служить одеколон.)