Ари Штернфельд - Парадоксы ракеты. Еще о парадоксах ракеты

Стало быть, на движение газов ушло относительно мало энергии. Таким образом, хотя термохимической энергии топлива и не прибавилось, но распределилась она по-разному. В первом случае бо́льшая ее часть ушла на то, чтобы сообщить газам высокую скорость, а во втором случае — на движение ракеты.

Возвратимся теперь к нашей статье. Газы, вылетевшие из сопла ракеты, запущенной вертикально, унесут с собо бо́льшую часть термохимической энергии топлива. Оставшейся энергии хватит лишь на то, чтобы сообщить ракете скорость, при которой она сможет взлететь всего лишь на 9 километров. Если же мы бросим снаряд в пропасть, мы создадим этим наиболее выгодные условия для работы ракетного двигателя: он начнет работать, когда снаряд уже достигнет большой скорости. Израсходованное же на нижнем уровне топливо отдает снаряду, как увидим ниже, часть своей первоначальной потенциальной энергии. Вследствие этого коэффициент полезного действия двигателя сильно повышается. В этом случае газы унесут меньше энергии. Остатка ее будет достаточно, чтобы поднять ракету на высоту 21 километра.

Один из наших читателей указал, что ракета взлетит на бо́льшую высоту только в том случае, если она израсходует в полтора раза больше топлива или получит откуда-либо в полтора раза большее количество энергии. Этот товарищ не учел особенности ракетного двигателя. Когда мы сбрасывали ракету в пропасть, то за счет приобретенной снарядом скорости мы увеличили общий коэфициент полезного действия ракеты в 2,33 раза, то есть извлекли из топлива не только всю его термохимическую энергию, но и часть первоначальной потенциальной энергии. В этом как раз и заключался смысл парадокса.

Все приведенные выше рассуждения применимы и для случая падения ракеты в бездонный колодец, прорытый сквозь весь земной шар по диаметру. Здесь двигатели ракеты включаются в тот момент, когда она проходит мимо центра Земли. Скорость падения ракеты в этот момент достигает наибольшей величины. Теперь нам ясно, что выигрыш в скорости ракеты, вылетающей из колодца, а следовательно, и выигрыш в дальности полета снаряда получается здесь за счет более эффективного использования топлива, за счет повышения коэфициента полезного действия ракетного двигателя.

Кроме того, существует еще один источник добавочной энергии. Ракета падала в бездонный колодец с полным запасом топлива. Но в центре Земли начали работать ракетные двигатели, и в первые же моменты их работы все топливо было израсходовано. Таким образом, бо́льшая часть топлива осталась близ центра Земли в виде отработанных газов. Дальше ракета полетела пустой. Но топливо, падая в бездонный колодец вместе с ракетой, накопило некоторый запас энергии. Спрашивается, куда же девалась накопленная топливом энергия падения? Ведь это равносильно тому, что некоторый груз был сброшен в бездонный колодец и там, не достигнув антиподов, внезапно остановлен. Накопленная грузом энергия должна в этом случае каким-либо путем проявиться и передаться другому телу. В нашем случае эта накопленная энергия падения топлива передается ракете и увеличивает скорость ее движения. Такое же явление имело место и в парадоксе направления у ракеты, брошенной в четырехкилометровую пропасть.

Еще одно распространенное заблуждение раскрылось в письмах читателей. Многие ошибочно считают, что напряжение силы тяжести растет по мере приближения к центру Земли. Один из товарищей так и пишет: «Что касается парадокса падения ракеты в бездонный колодец, то здесь автор говорит явно абсурдные вещи. Ведь всем известно, что все тела притягиваются к центру Земли. Следовательно, напряжение силы тяжести растет по мере приближения к центру земного шара. А раз это так, то ракета не сможет преодолеть такого колоссального притяжения, которое царит в центре Земли, и остановится здесь совершенно неподвижно».

Недоумение и ошибки автора письма очень характерны. Многие смешивают закон напряжения силы тяжести внутри и вне Земли. Когда говорят, что сила тяжести обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли, то это надо понимать лишь для тел, находящихся на Земле или над ней. В бездонном же колодце напряжение ее будет падать с приближением к центру земного шара. В самом деле, на поверхности Земли любое тело испытывает притяжение всей массы нашей планеты. Но по мере того как ракета будет опускаться в бездонный колодец, масса той части земного шара, которую она уже прошла, будет притягивать ракету в обратную сторону, а в самом центре вся пройденная часть Земли будет притягивать ракету с такой же силой, как и оставшаяся впереди. И поскольку Земля — шар, ракета будет испытывать равные притяжения не только сверху и снизу, но также справа и слева, со всех сторон. Другими словами, напряжение силы тяжести в центре земного шара будет равно нулю.

Так сравнительно просто объясняются многие парадоксальные на первый взгляд явления в ракетоплавании. Ошибки и заблуждения многих авторов писем происходят от недостаточного знакомства с особенностями этого нового вида двигателя.