El empuje del chorro es una fuerza que surge como resultado de la interacción de un sistema de propulsión a chorro con un chorro de líquido o gas en expansión que sale de una boquilla con energía cinética [1] .
El origen de la propulsión a chorro se basa en la ley de conservación de la cantidad de movimiento . El empuje del chorro generalmente se considera como la fuerza de reacción de las partículas separadas. Se considera que el punto de su aplicación es el centro del flujo de salida, el centro del corte de la boquilla del motor y la dirección, opuesta al vector de velocidad del flujo de salida de los productos de combustión (o el fluido de trabajo, en el caso de un motor no químico). Es decir, empuje de chorro :
Entre las plantas, la propulsión a chorro se encuentra en el fruto maduro del pepino loco . A medida que la planta madura, su fruto se desprende del tallo . Bajo alta presión, un líquido con semillas es expulsado del feto, que se dirige en sentido contrario al movimiento del feto [3] .
Dentro del reino animal , la propulsión a chorro se encuentra en calamares , pulpos , medusas , sepias , vieiras y otros. Estos animales se mueven arrojando el agua que toman.
Si no hay fuerzas externas , entonces el cohete, junto con la materia expulsada, es un sistema cerrado . El impulso de tal sistema no puede cambiar con el tiempo.
, dónde
- masa del cohete - su aceleración - caudal de gas — consumo de masa de combustible por unidad de tiempoDado que la tasa de escape de los productos de combustión (fluido de trabajo) está determinada por las propiedades fisicoquímicas de los componentes del combustible y las características de diseño del motor, siendo un valor constante para cambios no muy grandes en el modo de funcionamiento del motor a reacción, la magnitud de la fuerza reactiva está determinada principalmente por el consumo de combustible de masa por segundo [1] .
PruebaAntes del arranque de los motores, el impulso del cohete y el combustible era igual a cero, por lo tanto, después de encender, la suma de los cambios en los vectores del impulso del cohete y el impulso de los gases que salen es igual a cero: , donde
- cambio en la velocidad del cohete
Dividimos ambas partes de la ecuación por el intervalo de tiempo t durante el cual trabajaron los motores del cohete :
El producto de la masa del cohete m y la aceleración de su movimiento a es, por definición, igual a la fuerza que provoca esta aceleración :
Si, además de la fuerza reactiva , una fuerza externa actúa sobre el cohete , entonces la ecuación de dinámica de movimiento tomará la forma:
La fórmula de Meshchersky es una generalización de la segunda ley de Newton para el movimiento de cuerpos de masa variable . La aceleración de un cuerpo de masa variable está determinada no solo por las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo, sino también por la fuerza reactiva debida a un cambio en la masa del cuerpo en movimiento:
Aplicando la ecuación de Meshchersky al movimiento de un cohete , que no se ve afectado por fuerzas externas, e integrando la ecuación, obtenemos la fórmula de Tsiolkovsky [4] :
La generalización relativista de esta fórmula es:
, donde es la velocidad de la luz .