Το νιούτον της ώσης
Το νιούτον είναι η δύναμη που σε ένα δευτερόλεπτο επιταχύνει ένα χιλιόγραμμο κατά ένα μέτρο ανά δευτερόλεπτο. Ένα μήλο περίπου 100 γραμμαρίων πιέζει την παλάμη με δύναμη ενός νιούτον. Ένας πυραυλοκινητήρας εκτινάσσει εκατοντάδες χιλιόγραμμα αερίου το δευτερόλεπτο με ταχύτητα 3–4 km/s και παίρνει ώση εκατομμυρίων νιούτον — μεγανιούτον.
Η ώση έχει δύο όρους: την ορμή της δέσμης ṁ·vₑ και τη διαφορά πιέσεων στην έξοδο του ακροφυσίου. Γι’ αυτό ο ίδιος κινητήρας σπρώχνει ασθενέστερα στο έδαφος απ’ ό,τι στο κενό, και το σχήμα του ακροφυσίου κρίνει πού λειτουργεί καλύτερα. Ο πύραυλος απογειώνεται μόνο αν η ώση είναι μεγαλύτερη από το βάρος· ο λόγος τους είναι ο λόγος ώσης προς βάρος.
| Σύμβολο | N · kN · MN |
| Ορισμός | 1 N = 1 kg·m/s² — από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα F = ma |
| Ώση | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| Παλιές μονάδες | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| Απογείωση | λόγος ώσης προς βάρος F / mg μεγαλύτερος από 1 · στους πυραύλους κατά την εκτόξευση 1,2–1,6 |
| Τυπικές τιμές | μήλο — 1 N · αεροπορικός κινητήρας — εκατοντάδες kN · κινητήρας υγρών καυσίμων — περίπου 2 MN · βαρύς πύραυλος — 30–70 MN |
01 · Ορισμός
Δύναμη, ορμή της δέσμης και πίεση στην έξοδο
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα: η δύναμη ισούται με τη μάζα επί την επιτάχυνση. Το νιούτον είναι η δύναμη που δίνει σε ένα χιλιόγραμμο επιτάχυνση 1 m/s². Ο κινητήρας απωθείται από τη δική του δέσμη: κάθε δευτερόλεπτο εκτινάσσει μάζα ṁ με ταχύτητα vₑ και παίρνει δύναμη ṁ·vₑ — σύμφωνα με τον τρίτο νόμο.
Ο δεύτερος όρος είναι η πίεση. Αν το αέριο στην έξοδο του ακροφυσίου πιέζει ισχυρότερα από τον αέρα, σπρώχνει επιπλέον· αν ασθενέστερα, ο αέρας συμπιέζει τη δέσμη και αφαιρεί ώση. Το μακρύ ακροφύσιο επιταχύνει περισσότερο το αέριο και λειτουργεί καλά στο κενό, αλλά στο έδαφος χάνει. Το κοντό — αντίστροφα. Η ειδική ώθηση Isp είναι η ώση ανά βάρος καυσίμου που καταναλώνεται το δευτερόλεπτο, σε δευτερόλεπτα: όσο μεγαλύτερη, τόσο πιο οικονομικός ο κινητήρας.
Πόσα νιούτον χρειάζονται για να απογειωθεί κάτι
Επιλέξτε τι θα σηκώσετε και ορίστε την ώση — η κλίμακα είναι λογαριθμική, από 0,1 N έως 100 MN. Βάρος είναι η δύναμη της βαρύτητας mg. Απογείωση γίνεται όταν η ώση είναι μεγαλύτερη από το βάρος.
Γκαράζ: συναρμολογήστε έναν πύραυλο από εξαρτήματα
Ο πύραυλος στέκεται στο συνεργείο συναρμολόγησης. Κάθε εξάρτημα αλλάζει τη μάζα, την αντίσταση του αέρα και την ώση: το ρινικό κάλυμμα το σχήμα της μύτης, η άτρακτος τη διάμετρο των δεξαμενών και πόσοι κινητήρες χωρούν, τα πτερύγια την ευστάθεια στο max-Q, ο κινητήρας και το ακροφύσιο την ώση και την ειδική ώθηση. Το εξάρτημα που άλλαξε τελευταίο φωτίζεται. Δεξιά — η μάζα ανά μέρος, ο λόγος ώσης προς βάρος και το περιθώριο ταχύτητας. Όταν ο πύραυλος είναι έτοιμος — «Στην εξέδρα».
Συναρμολογήστε τον πύραυλο — και δείτε αν θα απογειωθεί
Ο πύραυλος συναρμολογείται στο γκαράζ παραπάνω: ρινικό κάλυμμα, άτρακτος, πτερύγια, κινητήρες, ακροφύσιο, καύσιμο και φορτίο. Στην εξέδρα βγαίνει ό,τι συναρμολογήθηκε. Η κύρια ενέργεια είναι η «Εκτόξευση»: αντίστροφη μέτρηση, ανάφλεξη, απογείωση, φράγμα του ήχου, μέγιστη δυναμική πίεση, σβήσιμο των κινητήρων και πτήση αδρανείας ως το ανώτατο σημείο. Στο γκαράζ μπορείτε να προσθέσετε δεύτερη βαθμίδα και να ενεργοποιήσετε τη «Στροφή για τροχιά»: μετά την απογείωση ο πύραυλος γέρνει προς τον ορίζοντα, η πρώτη βαθμίδα αποσπάται, η δεύτερη κερδίζει περίπου 7,8 km/s πλάγια — και αν το περίγειο είναι πάνω από 160 km, ο πύραυλος είναι σε τροχιά. Χωρίς στροφή η πτήση είναι κατακόρυφη, όπως ενός γεωφυσικού πυραύλου. Τα πρώτα δευτερόλεπτα κυλούν αργά, μετά η πτήση επιταχύνεται· ο ολισθητής κάτω από τη σκηνή την μετακινεί μπρος-πίσω. Δεξιά — τομή του ακροφυσίου: η πίεση στην έξοδο έναντι της εξωτερικής πίεσης· από αυτές εξαρτώνται το σχήμα της δέσμης και η ώση.
—
02 · Μετατροπή
| {n} | {v} | {note} |
Γρήγορος υπολογισμός: ένας τόνος-δύναμη είναι σχεδόν 10 kN, εκατό τόνοι ώσης — περίπου 1 MN. Ακριβέστερα — πολλαπλασιάστε επί 9,807.
Οι αμερικανικοί κινητήρες συχνά περιγράφονται σε λίβρες-δύναμη: ένα εκατομμύριο lbf είναι 4,45 MN.
03 · Τάξεις μεγέθους
04 · Όργανα μέτρησης
05 · Κανόνες γραφής
06 · Γειτονικές μονάδες
07 · Ιστορικό μέρος
Το νιούτον είναι παράγωγη μονάδα SI: χιλιόγραμμο, μέτρο και δευτερόλεπτο. Από το 2019 το χιλιόγραμμο ορίζεται μέσω της σταθεράς του Planck, και το νιούτον στηρίζεται σε αυτήν. Πρότυπα δύναμης είναι μηχανές που φορτίζουν τον αισθητήρα με γνωστά βάρη σε γνωστό πεδίο βαρύτητας· οι μεγαλύτερες φτάνουν αρκετά μεγανιούτον.
Η ώση ενός πυραυλοκινητήρα δεν είναι σταθερά του καταλόγου. Εξαρτάται από την εξωτερική πίεση, γι’ αυτό στα χαρακτηριστικά δίνονται δύο αριθμοί: στο επίπεδο της θάλασσας και στο κενό. Τα παλιά εγχειρίδια έδιναν την ώση σε τόνους-δύναμη· κατά το GOST 8.417 αυτή είναι μονάδα εκτός συστήματος και μετατρέπεται σε νιούτον με πολλαπλασιασμό επί 9 807.
Κατάλογος μεγεθών
όλο το ευρετήριο →Οι επτά θεμελιώδεις μονάδες του SI
Μια σταγόνα οξέος αλλάζει το χρώμα του χυμού, το αλάτι χρωματίζει τη φλόγα, το νερό παγώνει με ένα χτύπημα. Από κάτω, όλα τα φύλλα του Simetrium κατά επιστήμη και αλφαβητικά.
Άνοιγμα ευρετηρίου →