Циолковский. Биография и основные научные труды

Рефераты по авиации и космонавтике » Циолковский. Биография и основные научные труды

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Институт геодезии и менеджмента

Кафедра астрономии и гравиметрии

Реферат по дисциплине “Общая астрономия”

на тему:

«Циолковский. Биография и основные научные труды»

Новосибирск 2010


Содержание

Введение

1.  Детство и самообразование К.Э. Циолковского

2.  Научные труды

3.  Научные достижения

4.  Циолковский как противник теории относительности Эйнштейна

5.  Награды Циолковского и увековечение его памяти

Заключение

Список использованной литературы


Введение

Я выбрала данную тему потому что Константин Эдуардович Циолковский – это ученый с большой Буквы. Его научные труды изучались и будут изучаться еще долгое время. Циолковский внес большой вклад в развитие естественных наук поэтому такого человека нельзя оставить без внимания. Он автор по аэродинамике воздухоплаванию и многих других. Представитель русского космизма член Русского общества любителей мироведения. Автор научно-фантастических произведений сторонник и пропагандист идеи освоения космического пространства с использованием орбитальных станций выдвинул идею космического лифта. Считал что развитие жизни на одной из планет Вселенной достигнет такого могущества и совершенства что это позволит преодолевать силы тяготения и распространять жизнь по Вселенной.


Детство и самообразование К.Э. Циолковского

Константин Эдуардович Циолковский родился 5 сентября 1857 года в семье польского дворянина служившего по ведомству государственных имуществ в селе Ижевское под Рязанью. Был крещен в Никольской церкви. Имя Константин было совершенно новым в роду Циолковских оно дано по имени священника крестившего младенца.

В Ижевском Константину довелось прожить совсем недолго — первые три года жизни и воспоминаний об этом периоде у него почти не осталось. У Эдуарда Игнатьевича (отца Константина) начались неприятности на службе — начальство было недовольно его либеральным отношением к местным крестьянам. В 1860 году отец Константина получил перевод в Рязань на должность делопроизводителя Лесного отделения а вскоре стал преподавать естественную историю в землемерно-таксаторских классах Рязанской гимназии и получил чин титулярного советника.

Начальным образованием Циолковского и его братьев занималась мама. Именно она научила Константина читать (причем мать научила его только алфавиту а как складывать из букв слова Циолковский догадался сам) писать познакомила с азами арифметики.

В возрасте 9 лет Циолковский катаясь зимой на санках простудился и заболел скарлатиной. В результате осложнения после болезни он потерял слух. Наступило то что впоследствии Константин Эдуардович назвал «самым грустным самым темным временем моей жизни». В это время Циолковский впервые начинает проявлять интерес к мастерству.

В 1868 году семья Циолковских переезжает в Вятку. В 1869 вместе с младшим братом Игнатием поступил в первый класс мужской Вятской гимназии. Учеба давалась с большим трудом предметов было много преподаватели строгие. Очень мешала глухота. В том же году пришло печальное известие из Петербурга — умер старший брат Дмитрий учившийся в Морском училище. Эта смерть потрясла всю семью но особенно Марию Ивановну. В 1870 году мать Кости которую он горячо любил неожиданно скончалась. Горе придавило осиротевшего мальчика. И без того не блиставший успехами в учёбе угнетённый свалившимися на него несчастьями Костя учился всё хуже и хуже. Гораздо острее ощутил он свою глухоту делавшую его всё более и более изолированным. За шалости он неоднократно подвергался наказаниям попадал в карцер

Во втором классе Циолковский остался на второй год а с третьего последовало отчисление. После чего Константин Эдуардович уже никогда и нигде не учился – занимался исключительно самостоятельно. Единственными друзьями мальчика становятся книги. В отличие от гимназических учителей книги щедро оделяют его знаниями и никогда не делают ни малейших упреков.

В это же время Константин Циолковский приобщается к техническому и научному творчеству. Он самостоятельно изготовил домашний токарный станок самодвижущиеся коляски и локомотивы. Увлекался фокусами думал над проектом машины с крыльями.

Для отца становятся очевидными способности сына и он решает послать мальчика в Москву для продолжения образования. Ежедневно с 10 утра и до 3 – 4 часов дня юноша штудирует науки в Чертковской публичной библиотеке – единственной бесплатной библиотеке в Москве того времени.

Работа в библиотеке была подчинена чёткому распорядку. С утра Константин занимался точными и естественными науками требовавшими сосредоточенности и ясности ума. Затем переключался на более простой материал: беллетристику и публицистику. Активно изучал «толстые» журналы где публиковались как обзорные научные статьи так и публицистические. Увлечённо читал Шекспира Льва Толстого Тургенева восхищался статьями Дмитрия Писарева: «Писарев заставлял меня дрожать от радости и счастья. В нём я видел тогда своё второе „Я“». За первый год жизни в Москве Циолковским изучены физика и начала математики. В 1874 году Чертковская библиотека переехала в здание Румянцевского музея. В новом читальном зале Константин изучает дифференциальное и интегральное исчисление высшую алгебру аналитическую и сферическую геометрию. Затем астрономию механику химию. За три года Константин полностью освоил гимназическую программу а также значительную часть университетской. К сожалению отец больше не смог оплачивать его проживание в Москве и к тому же плохо себя чувствовал и собирался на пенсию. С полученными знаниями Константин уже вполне мог начать самостоятельную работу в провинции а также продолжать своё образование за пределами Москвы. Осенью 1876 года Эдуард Игнатьевич вызвал сына обратно в Вятку и Константин вернулся домой.

В Вятку Константин вернулся ослабшим исхудавшим и измождённым. Тяжёлые условия жизни в Москве напряжённая работа привели также к ухудшению зрения. После возвращения домой Циолковский стал носить очки. Восстановив силы Константин начал давать частные уроки по физике и математике. Первый урок получил благодаря связям отца в либеральном обществе. Проявив себя талантливым педагогом в дальнейшем не имел недостатка в учениках. При ведении уроков Циолковский применял собственные оригинальные методы главным из которых была наглядная демонстрация — Константин делал бумажные модели многогранников для уроков геометрии вместе с учениками проводил многочисленные опыты на уроках физики чем заслужил славу преподавателя хорошо и понятно объясняющего материал на занятиях с которым всегда интересно. Всё свое свободное время проводил в ней или в библиотеке. Читал очень много — специальную литературу беллетристику публицистику. Согласно автобиографии в это время прочитал «Начала» Исаака Ньютона научных взглядов которого Циолковский придерживался всю дальнейшую жизнь.

В конце 1876 года умер младший брат Константина Игнатий. Братья с детства были очень близки Константин доверял Игнатию свои самые сокровенные мысли и смерть брата стала тяжёлым ударом. К 1877 году Эдуард Игнатьевич был уже очень слаб и болен сказалась трагическая смерть жены и детей (кроме сыновей Дмитрия и Игнатия в эти годы Циолковские потеряли самую младшую дочь — Екатерину — она скончалась в 1875 году во время отсутствия Константина) глава семейства вышел в отставку. В 1878 году вся семья Циолковских вернулась в Рязань.

Научные труды

Самая первая работа Циолковского была посвящена механике в биологии. Ей стала написанная в 1880 году статья «Графическое изображение ощущений». В ней Циолковский развивал свойственную для него в то время пессимистическую теорию «взбаламученного нуля» математически обосновывал идею бессмысленности человеческой жизни. Циолковский отослал эту статью в журнал «Русская мысль» но там её не напечатали и рукописи не вернули. Циолковский переключился на другие темы.

В 1881 году Циолковский написал свою первую подлинную научную работу «Теории газов». Циолковский самостоятельно разработал основы кинетической теории газов.

Хотя статья сама по себе не представляла ничего нового и выводы в ней не вполне точны тем не менее она обнаруживает в авторе большие способности и трудолюбие так как автор не воспитывался в учебном заведении и своими знаниями обязан исключительно самому себе…

Второй научной работой стала статья 1882 года «Механика подобно изменяемого организма».

Третьей работой стала статья «Продолжительность лучеиспускания Солнца» 1883 года в которой Циолковский описывал механизм действия звезды. Он рассмотрел Солнце как идеальный газовый шар постарался определить температуру и давление в его центре время жизни Солнца. Циолковский в своих расчетах использовал лишь основные законы механики и газов.

Следующая работа Циолковского «Свободное пространство» 1883 года была написана в форме дневника. Это своеобразный мысленный эксперимент повествование ведется от имени наблюдателя находящегося в свободном безвоздушном пространстве и не испытывает действия сил притяжения и сопротивления. Циолковский описывает ощущения такого наблюдателя его возможности и ограничения в передвижении и манипуляции с различными объектами. Он анализирует поведение газов и жидкостей в «свободном пространстве» функционирование различных приборов физиологию живых организмов – растений и животных. Главным результатом этой работы можно считать впервые сформулированный Циолковским принцип о единственно возможном методе передвижения в «свободном пространстве» - реактивном движении.

В 1885 Циолковский разработал аэростат собственной конструкции результатом чего стало объемистое сочинение «Теория и опыт аэростата имеющего в горизонтальном направлении удлиненную форму». В нем было дано научно-техническое обоснование создания совершенно новой и оригинальной конструкции дирижабля с тонкой металлической оболочкой. Циолковский привел чертежи общих видов аэростата и некоторых важных узлов его конструкции. Основные особенности разработанного Циолковским дирижабля:

Ø  Объем оболочки был переменным что позволило сохранять постоянную подъемную силу при различной высоте полета и температуре атмосферного воздуха окружающего дирижабль.

Ø  Циолковский ушел от применения взрывоопасного водорода его дирижабль наполнялся горячим воздухом. Высоту подъема дирижабля можно было регулировать с помощью отдельно разработанной системы подогрева.

Ø  Тонкая металлическая оболочка также была гофрированной что позволяло увеличить её прочность и устойчивость.

В 1887 году Циолковский написал небольшую повесть «На Луне» - своё первое научно-фантастическое произведение. Повесть во многом продолжает традиции «Свободного пространства» но облечена в более художественную форму имеет законченный хотя и очень условный сюжет. Два безымянных героя – автор и его друг – неожиданно попадают на Луну. Главной и единственной задачей произведения является описание впечатлений наблюдателя находящегося на её поверхности.

Циолковский описывает вид неба и светил наблюдаемых с поверхности Луны. Им подробно проанализированы следствия малой силы тяжести отсутствия атмосферы других особенностей Луны (скорости вращения вокруг Земли и Солнца постоянной ориентации относительно Земли). Также в повести рассказывается о предполагаемом поведении газов и жидкостей измерительных приборов.

В период с 6 октября 1890 – 18 мая 1891 на основе опытов по сопротивлению воздуха Циолковским была написана большая работа «К вопросу о летании посредством крыльев». Рукопись была передана А.Г Столетову тот отдал её на рецензию Н.Е. Жуковскому который написал сдержанный но вполне благоприятный отзыв.

В феврале 1894 года Константин Эдуардович написал работу «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) машина». В ней он привел схему сконструированных им аэродинамических весов.

Так же он построил специальную установку которая позволяет измерять некоторые аэродинамические показатели летательных аппаратов.

Изучение аэродинамических свойств тел различной формы и возможных схем воздушных летательных аппаратов постепенно привело Циолковского к размышлениям о вариантах полёта в безвоздушном пространстве и о покорении космоса. В 1895 году была опубликована его книга «Грёзы о земле и небе» а через год вышла статья о других мирах разумных существ с других планет и об общении землян с ними.

В 1896 году Константин Эдуардович приступил к написанию своего главного труда «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В 1903 году в журнале "Научное обозрение" К.Э.Циолковский опубликовал эту работу " в которой впервые была научно обоснована возможность осуществления космических полетов при помощи жидкостных ракет и даны основные расчетные формулы их полета. Константин Эдуардович был первым в истории науки кто строго сформулировал и исследовал прямолинейное движение ракет как тел переменной массы.

Открытие К.Э.Циолковского указало основные пути совершенствования ракет: повышение скорости истечения газа и увеличения относительного запаса горючего. Вторая часть труда "Исследование мировых пространств реактивными приборами" была опубликована в 1911-1912гг. в журнале "Вестник воздухоплавания". В 1914 году вышло дополнение к первой и второй части труда того же названия отдельной брошюрой в издании автора. В 1926 году работа "Исследование мировых пространств реактивными приборами" была переиздана с некоторыми дополнениями и изменениями. Особенностью творческого метода ученого было единство научно-теоретического исследования и анализ и разработка возможных путей их практического осуществления. К.Э.Циолковский научно обосновал проблемы связанные с ракетным космическим полетом. Детально рассмотрел все что касается ракеты (одно- и многоступенчатой): законы движения ракеты принцип ее конструкции вопросы энергетики управления проведение испытаний обеспечения надежности систем создание приемлемых условий обитаемости и даже подбор психологически совместимого экипажа. Циолковский не ограничился тем что указал на средство проникновения человека в космос — ракету но и дал подробное описание двигателя. Пророческими оказались его идеи о выборе жидкого двухкомпонентного топлива о регенеративном охлаждении камеры сгорания и сопла двигателя компонентами топлива керамической изоляции элементов конструкции раздельном хранении и насосной подаче компонентов топлива в камеру сгорания об управлении вектором тяги путем поворота выходной части сопла и газовыми рулями. Думал Константин Эдуардович и о возможности использования других видов топлива в частности энергии распада атомов. Мысль об этом он высказал в 1911 году. В том же году К.Э.Циолковский выдвинул идею создания электрореактивных двигателей указав что "может быть с помощью электричества можно будет со временем придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам".

Ученый рассмотрел многие конкретные вопросы касающиеся устройства космического корабля. В 1926 году К.Э.Циолковский для достижения первой космической скорости предложил применить двухступенчатую ракету а в 1929 году в работе "Космические ракетные поезда" дал стройную математическую теорию многоступенчатой ракеты. В 1934-1935 гг. в рукописи "Основы построения газовых машин моторов и летательных аппаратов" предложил еще один способ достижения космических скоростей получивший название "эскадры ракет". Особенно большое значение придавал ученый проблеме создания межпланетных станций. В решении этой задачи он видел возможность осуществления давней мечты о завоевании человеком околосолнечного пространства создания в будущем "эфирных поселений". К.Э.Циолковский наметил грандиозный план завоевания мировых пространств который в настоящее время успешно осуществляется.

циолковский межпланетный ракетостроение аэродинамика

Научные достижения

К.Э. Циолковский утверждал что теорию ракетостроения он разработал лишь как приложение к своим философским изысканиям. Им написано более 400 работ большинство которых мало известны широкому читателю ввиду их сомнительных ценностей.

Первые научные исследования Циолковского относятся к 1880 – 1881 году. Не зная об уже сделанных открытиях он написал работу «Теория газов» в которой изложил основы кинетической теории газов. Вторя его работа – «Механика животного организма» получил благоприятный отзыв И.М. Сеченова и Циолковский был принят в Русское физико-химическое общество.

Основные работы Циолковского после 1884 были связаны с четырьмя большими проблемами: научным обоснование цельнометаллического аэростата (дирижабля) обтекаемого аэроплана поезда на воздушной подушке и ракеты для межпланетных путешествий.

В своей квартире создал первую в России аэродинамическую лабораторию. Циолковский построил в 1897 первую в России аэродинамическую трубу с открытой рабочей часть разработал методику эксперимента в ней и в 1900 на субсидию Академии наук сделал продувки простейших моделей. Определил коэффициент сопротивления шара плоской пластинки цилиндра конуса и других тел. Циолковский описал обтекание воздушным потоком тел различной геометрической формы.

Циолковский занимался механикой управляемого полета в результате чего им был спроектирован управляемый аэростат. Константин Эдуардович первым предложил идею цельнометаллического дирижабля и построил его модель. Прогрессивный для своего времени проект дирижабля Циолковского не был поддержан; автору было отказано в субсидии на постройку модели.

В 1892 он обратился к новой и мало изученной области летательных аппаратов тяжелее воздуха. Циолковскому принадлежит идея постройки аэроплана с металлическим каркасом.

С 1896 года Циолковский систематически занимался теорией движения реактивных аппаратов. Мысли об использовании ракетного принципа в космосе высказывались Циолковским ещё в 1883 однако строгая теория реактивного движения изложена им в 1896. Циолковский вывел формулу (она получила название «формула Циолковского») установившую зависимость между:

·  Скоростью ракеты в любой момент;

·  Удельным импульсом топлива;

·  Массой ракеты в начальный и конечный момент времени

Описание: W_x=I_0lnleft( {M_1over M_0} right)

В 1903 году он опубликовал статью «Исследование мировых пространств реактивными приборами» где впервые доказал что аппаратом способным совершить космический полет является ракета. В этой статье и последовавших её продолжениях (1911 и 1914) он разработал некоторые идеи теории ракет и использования жидкостного ракетного двигателя.

Страницы: 1 2