Реферат: Циолковский
1. Введение.
Вторая половина XX века является эпохой бурного развития ракетной техники.
Наша страна имеет ракеты всех классов и назначений. Мы первыми создали,
успешно испытали и наладили серийное производство межконтинентальных ракет.
В нашей стране, начиная с 1949 года, ракеты используются для исследований
верхних слоев атмосферы. Метеорологические ракеты, созданные в СССР,
запускались в течение Международного геофизического года в различных районах
страны, а также в Арктике и Антарктике.
В наши дни при оценке путей дальнейшего развития ракетостроения полезно
рассмотреть научно-технические изыскания пионеров ракетной техники. Они
заложили своими трудами надежные основы прогресса этого направления
технического развития для науки и промышленности всех стран.
Работы К. Э. Циолковского по ракетодинамике и теории межпланетных сообщений
были первыми серьезными изысканиями в мировой научно-технической литературе.
В этих исследованиях математические формулы и расчеты не затеняют глубоких и
ясных идей, сформулированных оригинально и четко. Более полувека прошло со
дня опубликования первых статей Циолковского по теории реактивного
движения. Строгий и беспощадный судья — время лишь выявляет и подчеркивает
грандиозность замыслов, своеобразие творчества и высокую мудрость
проникновения в сущность новых закономерностей явлений природы, которые
свойственны этим произведениям Константина Эдуардовича Циолковского. Его
труды помогают осуществлять новые дерзания советской науки и техники. Наша
Родина может гордиться своим знаменитым ученым, зачинателем новых
направлений в науке и промышленности.
2. ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ
«Я учился, творя...»
(К. Э. Циолковский)
Константин Эдуардович Циолковский - выдающийся русский ученый, исследователь
огромной трудоспособности и настойчивости, человек большого таланта. Широта и
богатство творческой фантазии сочетались у него с логической
последовательностью и математической точностью суждений. Это был подлинный
новатор в науке. Наиболее важные и жизнеспособные исследования Циолковского
относятся к обоснованию теории реактивного движения. В последней четверти XIX
и начале XX столетия Константин Эдуардович создавал новую науку,
определяющую законы движения ракет, и разрабатывал первые конструкции для
исследования безграничных мировых пространств реактивными приборами. Многие
ученые считали в то время реактивные двигатели и ракетную технику делом
бесперспективным и ничтожным по своему практическому значению, а ракеты —
пригодными лишь для увеселительных фейерверков и иллюминаций.
Константин Эдуардович Циолковский родился 17 сентября 1857 года в старинном
русском селе Ижевском, расположенном в пойме ОКИ, Спасского уезда, Рязанской
губернии, в семье лесничего Эдуарда Игнатьевича Циолковского. О своих
родителях Циолковский писал:
«Отец всегда был холоден, сдержан. Среди знакомых он слыл умным человеком и
оратором. Среди чиновников— красным и нетерпимым по своей идеальной
честности... У него была страсть к изобретательству и строительству. Меня еще
не было на свете, когда он придумал и устроил молотилку. Увы, неудачно! Старшие
братья рассказывали, что он строил с ними модели домов и дворцов. Всякий
физический труд отец в нас поощрял, как и вообще самодеятельность. Мы почти
всегда все делали сами... Мать была совершенно другого характера — натура
сангвиническая, горячка, хохотунья, насмешница и даровитая. В отце преобладал
характер, сила воли, в матери — талантливость»
1.
Первые годы детства Константина Эдуардовича были счастливыми. Он был живым,
смышленым ребенком, предприимчивым и впечатлительным. Летом мальчик строил с
товарищами в лесу, шалаши любил лазить на заборы, крыши и деревья. Много бегал
, играл в мяч, лапту, городки. Часто запускал змея и отправлял ввысь по
нитке «почту» — коробочку с тараканом. Зимой с увлечением катался на коньках.
Циолковскому было лет восемь, когда мать подарила ему крошечный воздушный" шар
"(аэростат), выдутый из коллодиума и наполненный водородом. Будущий создатель
теории цельнометаллического дирижабля с удовольствием занимался этой игрушкой.
Вспоминая о годах детства, Циолковский писал: «Я страстно любил читать и читал
все, что можно было достать... Любил мечтать и даже платил младшему брату за
то, чтобы он слушал мои бредни. Мы были маленькие, и мне хотелось, чтобы и
дома, и люди, и животные — все тоже было маленькое. Потом я мечтал о физической
силе. Я мысленно высоко прыгал, взбирался, как кошка, на шесты, по веревкам.
На десятом году жизни — в начале зимы — Циолковский, катаясь на санках,
простудился и заболел скарлатиной. Болезнь была тяжелой, и вследствие ее
осложнения мальчик почти совершенно потерял слух. Глухота не позволила
продолжать учебу в школе. «Глухота делает мою биографию малоинтересной, — пишет
позднее Циолковский, — ибо лишает меня общения с людьми, наблюдения и
заимствования. Моя биография бедна лицами и столкновениями» С 11 до 14 лет
жизнь Циолковского была «самым грустным, самым темным временем. «Я стараюсь, —
пишет К. Э. Циолковский, — восстановить его в памяти, но ничего сейчас не могу
больше вспомнить. Нечем помянуть это время»2
.
С 14 лет Константин Эдуардович начал заниматься самостоятельно, пользуясь
небольшой библиотекой своего отца, в которой были книги по естественным наукам
и по математике. Тогда же в нем пробуждается страсть к изобретательству. Он
строит воздушные шары из тонкой, папиросной бумаги, делает маленький токарный
станок и конструирует коляску, которая должна была двигаться при помощи ветра.
Модель коляски прекрасно удалась и двигалась на крыше по доске даже против
ветра! «Проблески серьезного умственного сознания, — пишет Циолковский об
этом периоде своей жизни, — проявились при чтении. Так, лет четырнадцати я
вздумал почитать арифметику, и мне показалось там все совершенно ясным и
понятным. С этого времени я понял, что книги вещь немудреная и вполне мне
доступная. Я стал разбирать с любопытством и пониманием некоторые отцовские
книги по естественным и математическим наукам... Меня увлекает астролябия,
измерение расстояния до недоступных предметов, снятие планов, определение
высот. И я устраиваю астролябию — угломер. С помощью ее, не выходя из дома,
определяю расстояние до пожарной каланчи. Нахожу 400 аршин. Иду и проверяю.
Оказывается, верно. С этого момента я поверил теоретическому знанию!»
3. Выдающиеся способности, склонность к самостоятельной работе и
несомненный талант изобретателя заставили родителей К. Э. Циолковского
задуматься над его будущей профессией и дальнейшим образованием. Константину
Эдуардовичу было 16 лет, когда отец решил отправить его в Москву для знакомства
с промышленностью и продолжения самообразования. Один из лучших знатоков
биографии Циолковского инженер Б. Н. Воробьев пишет о будущем ученом: «Как и
многие юноши и девушки, стекавшиеся в столицу для получения образования, он
был полон самых радужных надежд. Но никто и не думал обращать внимание на
молодого провинциала, всеми силами стремившегося к сокровищнице знаний.
Тяжелое материальное положение, глухота и практическая неприспособленность к
жизни меньше всего способствовали выявлению его талантов и способностей»
4.
Из дому Циолковский получал 10—15 рублей в месяц. Питался одним черным хлебом,
не имел даже картошки и чаю. Зато покупал книги, реторты, ртуть, серную
кислоту и прочее для различнейших опытов и самодельных приборов. Я помню
отлично, — пишет Циолковский в своей автобиографии, — что, кроме воды и
черного хлеба, у меня тогда ничего не было. Каждые три дня я ходил в булочную и
покупал там, на 9 копеек хлеба. Таким образом, я проживал 90 копеек в месяц...
Все же я был счастлив своими идеями, и черный хлеб меня нисколько не огорчал»
5.
Кроме опытов по физике и химии, Циолковский много читал, он тщательно изучал
курсы начальной и высшей математики, аналитической геометрии.
Три года жил Циолковский в Москве. Вернувшись домой к отцу, стал давать
частные уроки по математике и физике плохо успевающим гимназистам.
Несомненные педагогические способности и хорошие отзывы об этих частных
уроках решили вопрос о выборе профессии. Осенью 1878 года Константин
Эдуардович сдал экстерном экзамен на звание учителя народного училища, а
месяца через четыре был назначен на должность учителя арифметики и
геометрии в Боровское уездное училище Калужской губернии.
По рекомендации жителей Боровска Циолковский «попал на хлеба к одному вдовцу
с дочерью, жившему на окраине города», Е. Н. Соколову. Циолковскому «сдали
две комнаты и стол из супа и каши». Дочь Соколова Варя была ровесницей
Циолковского — моложе его на два месяца. Ее характер, трудолюбие пришлись по
душе Константину Эдуардовичу, и он вскоре на ней женился. «Венчаться мы
ходили за 4 версты пешком, не наряжались. В церковь никого не пускали.
Вернулись — и никто о нашем браке ничего не знал... Помню, в день венчания
купил у соседа токарный станок и резал стекло для электрических машин. Все
же про свадьбу как-то пронюхали музыканты. Насилу их выпроводили. Напился
только венчавший поп. И то угощал его не я, а хозяин».
B своей квартире в Боровске Циолковский устроил маленькую лабораторию. У
него в доме сверкали электрические молнии, гремели громы, звонили
колокольчики, загорались огни, вертелись колеса и блистали иллюминации. «Я
предлагал желающим попробовать ложкой невидимого варенья. Соблазнившиеся
угощением получали электрический удар.
Посетители любовались и дивились на электрического осьминога, который хватал
всякого своими лапами за нос или за пальцы, и тогда у попавшего к нему в
«лапы» волосы становились дыбом и выскакивали из любой части тела».
1881 году 24-летний Циолковский самостоятельно разработал основы
кинетической теории газов. Работу он послал в Петербургское физико-химическое
общество, где она получила одобрение видных членов общества, в том числе и
гениального русского химика Менделеева. Однако важные открытия, сделанные
Циолковским в глухом провинциальном городке, не представляли новости для
науки: аналогичные открытия были сделаны несколько раньше в Германии. За
вторую научную работу, названную «Механика животного организма»
6, Циолковского единогласно избирают членом физико-химического общества.
Эту моральную поддержку своим первым научным исследованиям Циолковский
вспоминал с благодарностью всю жизнь. В предисловии ко второму изданию своей
работы «Простое учение о воздушном корабле и его построении» Константин
Эдуардович писал: «Содержание этих работ несколько запоздало, т. е. я сделал
самостоятельно открытия, уже сделанные ранее другими. Тем не менее,
общество отнеслось ко мне с большим вниманием, чем поддержало мои силы.
Может быть, оно и забыло меня, но я не забыл г.г. Боргмана, Менделеева,
Фан-дер-Флита, Пелурушевского, Бобылева и в особенности Сеченова»
7. В 1883 году Константин Эдуардович написал в форме научного дневника
работу «Свободное пространство», в которой он подверг систематическому
изучению ряда задач классической механики в пространстве без действия силы
тяжести и сил сопротивления. В этом случае основные характеристики движения
тел определяются только силами взаимодействия между телами данной
механической системы и особое значение для количественных выводов
приобретают законы сохранения основных динамических величин: количества
движения, момента количества движения и кинетической энергии. Циолковский был
глубоко принципиален в своих творческих исканиях, а его умение
самостоятельно работать над научными проблемами - великолепный
пример для всех начинающих. Его первые шаги в науке, сделанные
в труднейших условиях, - это шаги большого мастера, революционного
новаторства, зачинателя новых направлений в науке и технике.
3. Работы по воздухоплаванию и экспериментальной аэродинамике.
Результатом исследовательской работы Циолковского было объемистое сочинение
«Теория и опыт аэростата». В этом сочинении давалось научно-техническое
обоснование создания конструкции дирижабля с металлической оболочкой.
Циолковским были разработаны чертежи общих видов дирижабля и некоторых
важных узлов конструкции.
Дирижабль Циолковского имел следующие характерные особенности. Во –
первых, это был дирижабль переменного объема, что позволяло сохранять
постоянную подъемную силу при различных температурах окружающего воздуха и
различных высотах полета. Возможность изменения объема конструктивно
достигалась при помощи особой стягивающей системы и гофрированных боковин
(рис. 1)
Во – вторых, газ, наполняющий дирижабль, можно было подогревать путем
пропускания по змеевикам отработанных газов моторов. Третья особенность
конструкции состояла в том, что тонкая металлическая оболочка для
увеличения прочности и устойчивости была гофрированной, причем волны гофра
располагались перпендикулярно оси дирижабля. Выбор геометрической формы
дирижабля и расчет прочности его тонкой оболочки были решены Циолковским
впервые.
Этот проект Дирижабля Циолковского не получил признания. Официальная
организация царской России по проблемам воздухоплавания — VII
воздухоплавательный отдел Русского технического общества — нашла, что проект
цельнометаллического дирижабля, способного изменять свой объем, не может иметь
большого практического значения и дирижабли «вечно будут игрушкой ветров».
Поэтому автору было отказано даже в субсидии на постройку модели.
Обращения Циолковского в Генеральный штаб армии также не имели успеха. Печатный
труд (1892 г.) Циолковского «Аэростат металлический управляемый» получил
несколько сочувственных отзывов, и этим дело ограничилось.
Циолковскому принадлежит прогрессивная идея постройки цельнометаллического
аэроплана.
В статье 1894 года «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная
машина», опубликованной в журнале «Наука и жизнь»
8, дано описание, расчеты и чертежи моноплана со свободнонесущим,
безрасчалочным крылом. В противоположность зарубежным изобретателям и
конструкторам, разрабатывавшим в те годы аппараты с машущими крыльями,
Циолковский указывал, что «подражание птице в техническом отношении весьма
затруднительно вследствие сложности движения крыльев и хвоста, а также
вследствие сложности устройства этих органов».
Аэроплан Циолковского (рис. 2) имеет форму «застывшей парящей птицы, но
вместо головы ее вообразим два гребных винта, вращающихся в обратные
стороны... Мускулы животного мы заменим взрывными нейтральными двигателями.
Они не требуют большого запаса топлива (бензина) и не нуждаются в тяжелых
паровиках и больших запасах воды. ...Вместо хвоста устроим двойной руль — из
вертикальной и горизонтальной плоскости. ...Двойной руль, двойной винт и
неподвижность крыльев придуманы нами не ради выгоды и экономии работы, а
единственно ради исполнимости конструкции».
В цельнометаллическом аэроплане Циолковского крылья уже имеют толстый профиль, а
фюзеляж — обтекаемую форму. Весьма интересно, что Циолковский впервые в
истории развития самолетостроения особенно подчеркивает необходимость
улучшения обтекаемости аэроплана для получения больших скоростей.
Конструктивные очертания аэроплана Циолковского были несравненно более
совершенными, нежели более поздние конструкции братьев Райт, Сантос-Дюмона,
Вуазена и других изобретателей. Для оправдания своих расчетов Циолковский
писал: «При получении этих чисел я принял самые благоприятные, идеальные
условия сопротивления корпуса и крыльев; в моем аэроплане нет выдающихся
частей, кроме крыльев; все закрыто общей плавной оболочкой, даже пассажиры».
Циолковский хорошо предвидит значение бензиновых (или нефтяных) двигателей
внутреннего сгорания. Вот его слова, показывающие полное понимание
устремлений технического прогресса: «Однако у меня есть теоретические
основания верить в возможность построения чрезвычайно легких и в то же время
сильных бензиновых или нефтяных двигателей, вполне удовлетворяющих задаче
летания». Константин Эдуардович предсказывал, что со временем маленький
аэроплан будет успешно конкурировать с автомобилем.
Разработка цельнометаллического свободнонесущего моноплана с толстым
изогнутым крылом есть крупнейшая заслуга Циолковского перед авиацией. Он
первый исследовал эту наиболее распространенную в наши дни схему аэроплана. Но
идея Циолковского о постройке пассажирского аэроплана также не получила
признания в царской России. На дальнейшие изыскания по аэроплану не было ни
средств, ни даже моральной поддержки.
Об этом периоде своей жизни ученый писал с горечью: «При своих опытах я
сделал много-много новых выводов, но новые выводы встречаются учеными
недоверчиво. Эти выводы могут подтвердиться повторением моих трудов каким-
нибудь экспериментом, но когда же это будет? Тяжело работать в одиночку
многие годы при неблагоприятных условиях и не видеть ниоткуда ни просвета,
ни поддержки».
Над разработкой своих идей о создании цельнометаллического дирижабля и хорошо
обтекаемого моноплана ученый работал почти все время с 1885 по 1898 год. Эти
научно-технические изобретения натолкнули Циолковского на ряд важнейших
открытий. В области дирижаблестроения он выдвинул ряд совершенно новых
положений. В сущности говоря, он был зачинателем теории металлических
