Η προώθηση πυραύλων βασίζεται στους νόμους κίνησης του Νεύτωνα για να κατανοήσει πώς οι πύραυλοι επιταχύνονται και ελιγμοί. Με την εφαρμογή αυτών των αρχών, οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάσουν αποτελεσματικά προωστικά συστήματα και να προβλέψουν τη συμπεριφορά των πυραύλων κατά τη διάρκεια της πτήσης.

Ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα με την Προώθησι των Πυραύλων

Ο τρίτος νόμος του Νιούτον ορίζει ότι για κάθε ενέργεια υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Στους πυραύλους, η αποβολή μάζας με υψηλή ταχύτητα παράγει μια ώθηση που προάγει το όχημα προς τα εμπρός.

Για παράδειγμα, εάν ένας πύραυλος εκβάλλει 10 kg προωθητικού ανά δευτερόλεπτο με ταχύτητα εξάτμισης 3.000 m/s, η ώση μπορεί να υπολογιστεί ως:

Πώληση = ρυθμός ροής μάζας × ταχύτητα εξαγωγής = 10 kg/s × 3.000 m/s = 30.000 N

Εφαρμόζοντας το Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα

Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα ορίζει ότι η δύναμη ισούται με μάζα επί επιτάχυνση (F = ma). Στη φυσική πυραύλων, αυτός ο νόμος βοηθά στον καθορισμό του πώς μια αλλαγή στη μάζα επηρεάζει την επιτάχυνση. Καθώς τα εγκαύματα καυσίμου, η μάζα μειώνεται, επηρεάζοντας την επιτάχυνση του πυραύλου.

Για παράδειγμα, ένας πύραυλος μάζας 500.000 κιλών και ώθηση 30.000 Ν θα έχει επιτάχυνση:

a = F / m = 30.000 N / 500.000 kg = 0,06 m/s2

Μελέτη περίπτωσης: Ο πύραυλος Κρόνος V

Ο Κρόνος V, που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των αποστολών Απόλλων, αποτελεί παράδειγμα των νόμων του Νεύτωνα σε δράση, παρήγαγε περίπου 34 εκατομμύρια λίβρες ώθησης κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης, οι κινητήρες του απέβαλαν τεράστιες ποσότητες προωθητικών με μεγάλη ταχύτητα, παράγοντας την απαραίτητη ώθηση για να ξεπεράσει τη βαρύτητα της Γης.

Οι υπολογισμοί με βάση την ώθηση και τη μάζα του δείχνουν πώς οι νόμοι του Νεύτωνα προβλέπουν την επιτάχυνση και την τροχιά του κατά την άνοδο. Ο σχεδιασμός του πυραύλου βελτιστοποίησε το ρυθμό ροής μάζας και την ταχύτητα εξαγωγής για να επιτύχει την επιθυμητή απόδοση.

Βασικά Αποκτήματα

  • Ο τρίτος νόμος του Νιούτον εξηγεί πώς η αποβολή της μάζας δημιουργεί ώθηση.
  • Ο δεύτερος νόμος του Νιούτον αφορά την ώθηση, τη μάζα και την επιτάχυνση.
  • Οι ⁇ κέτες του πραγματικού κόσμου σχεδιάζονται με βάση αυτές τις αρχές για βέλτιστη απόδοση.
  • Οι υπολογισμοί βοηθούν στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς των πυραύλων κατά τη διάρκεια διαφορετικών φάσεων πτήσης.