Siła ciągu - Polski Serwis Naukowy

Siła ciągu (ciąg) – siła będąca wynikiem działania silnika pojazdu, obiektu pływającego lub latającego. Siła ciągu jest siłą reakcji powstaje zgodnie z III zasadą dynamiki w wyniku oddziaływania układu napędowego pojazdu z innymi ciałami.

W przypadku, gdy na ciało nie działają inne siły, siła ciągu wywołuje przyspieszenie ciała a jej wartość określa II zasada dynamiki Newtona $F_{c}=am\,$

gdzie

Śruba okrętowa – rodzaj pędnika o napędzie mechanicznym, jeden ze sposobów napędzania statku wodnego – przetwarza ruch obrotowy wału śrubowego na siłę naporu poruszającą statek.

Rakieta to pojazd latający lub pocisk, napędzany silnikiem rakietowym. Obiekt ten uzyskuje siłę ciągu dzięki reakcji szybko wyrzucanych gazów spalinowych lub innych mediów (np. sprężone gazy, przegrzana para) z dysz silnika rakietowego, zgodnie z trzecią zasadą dynamiki Newtona. Często pojęcie rakiety jest używane w znaczeniu silnika rakietowego lub pocisku rakietowego. Rakiety służą między innymi do przenoszenia ładunku, np. statku kosmicznego, głowic bojowych, sztucznych satelitów w warunkach przestrzeni kosmicznej, gdzie nie ma żadnej zewnętrznej substancji, której pojazd mógłby użyć jako elementu napędzającego.

a – przyspieszenie uzyskiwane przez pojazd, m – masa pojazdu.

Wartość siły ciągu jest liczbowo równa sile oddziaływania układu napędowego na otoczenie ale zwroty obu sił są przeciwne.

Przykłady

Siła ciągu silnika samochodowego

Silnik wprawia w ruch obrotowy koła samochodu. Dzięki sile tarcia statycznego pomiędzy oponą o nawierzchnią jezdni, samochód działa na jezdnię pewną siłą skierowaną do tyłu. Jezdnia działa na samochód siłą reakcji o takiej samej wartości ale skierowaną do przodu – jest to siła ciągu.

Odrzut – zjawisko powstawania siły, zwanej siłą odrzutu, wywołanego tą siłą przyspieszenia oraz wywołanego nim ruchu ciała (odrzutu), gdy dane ciało (A) działając siłą na inne ciało (B) nadaje mu prędkość (rzuca to ciało). Powstawanie siły odrzutu wynika z III zasady dynamiki Newtona. Obie siły mają takie same wartości i kierunki, przeciwne zwroty, są przyłożone do różnych ciał.

Statek - każde urządzenie transportowe, które jest zdolne do pokonywania przestrzeni w sposób dla niego charakterystyczny, ale inny niż w oparciu o stały ląd. W szczególności może pływać pod powierzchnią wody, na jej powierzchni, unosić się w atmosferze lub w przestrzeni kosmicznej. Może mieć własny napęd i urządzenia sterujące, lub być uzależniony od innej jednostki.

Siła ciągu śruby okrętowej

Śruba okrętowa na statku nadaje energię kinetyczną wodzie skierowując ją do tyłu. II zasadę dynamiki można zapisać w tej sytuacji w postaci uogólnionej $F_{c}=\frac{dp}{dt}$

gdzie dp/dt jest prędkością zmiany pędu statku. Zgodnie z zasadą zachowania pędu, zmiana pędu wody jest taka sama, zatem $F_{c}=m\frac{dv}{dt}$

gdzie

Ciąg silnika lotniczego jest siłą wytwarzaną przez zespół napędowy (w którego skład wchodzi silnik lotniczy) na skutek przyspieszenia strumienia gazu (powietrza lub gazów spalinowych). Przyspieszenie to może być wywołane oddziaływaniem elementów konstrukcyjnych silnika (silnik turboodrzutowy, silnik turbowentylatorowy) lub śmigła (silnik turbośmigłowy, silnik spalinowy tłokowy). W przypadku silników turboodrzutowych i turbowentylatorowych ciąg jest najważniejszym parametrem technicznym.

Masa – jedna z podstawowych . W szczególnej teorii względności związana z ilością energii zawartej w obiekcie fizycznym. Najczęściej oznaczana literą m.

m – masa wprawianej w ruch wody, dv/dt – przyspieszeniem nadawanym wodzie.

Wynika stąd, że siła ciągu wzrośnie, jeżeli zwiększy się rozmiar śruby (wówczas zwiększy się ilość wprawianej w ruch wody) i zwiększy się prędkość obrotów Śruby (zwiększy się prędkość wody).

Zasady dynamiki Newtona – trzy zasady leżące u podstaw mechaniki klasycznej sformułowane przez Isaaca Newtona i opublikowane w Philosophiae Naturalis Principia Mathematica w 1687 roku. Zasady dynamiki określają związki między ruchem ciała a siłami działającymi na nie, dlatego zwane są też prawami ruchu.

Siła ciągu silnika rakiety

Siłę ciągu w tym przypadku można wyznaczyć podobnie jak dla śruby okrętowej, z tą jednak różnicą, że masa rakiety zmniejsza się podczas rozpędzania (rakieta zużywa paliwo). Inaczej mówiąc – ośrodek, od którego rakieta się odpycha, musi ona zabrać ze sobą. Siła ciągu rakiety jest określona wzorem: $F_{c}=v\frac{dm}{dt}$

gdzie v – prędkość wylotowa, dm/dt – szybkość spalania paliwa.

Zobacz też

ciąg silnika lotniczego

impuls właściwy

odrzut

wzór Ciołkowskiego

zasada zachowania pędu