نیوتن رانش
نیوتن نیرویی است که در یک ثانیه سرعت یک کیلوگرم را یک متر بر ثانیه افزایش می‌دهد. سیبی حدود 100 گرمی با نیروی یک نیوتن بر کف دست فشار می‌آورد. موتور موشک در هر ثانیه صدها کیلوگرم گاز را با سرعت 3–4 km/s بیرون می‌راند و رانشی به اندازهٔ میلیون‌ها نیوتن — مگانیوتن — می‌گیرد.
رانش از دو جمله تشکیل می‌شود: تکانهٔ جت ṁ·vₑ و اختلاف فشار در خروجی نازل. به همین دلیل یک موتور واحد نزدیک زمین ضعیف‌تر از خلأ رانش می‌دهد و شکل نازل تعیین می‌کند کجا بهتر کار کند. موشک فقط وقتی بلند می‌شود که رانش از وزن بیشتر باشد؛ نسبت این دو، نسبت رانش به وزن است.
| نشانه | N · kN · MN |
| تعریف | 1 N = 1 kg·m/s² — طبق قانون دوم نیوتن F = ma |
| رانش | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| یکاهای قدیمی | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| برخاستن | نسبت رانش به وزن F / mg بیشتر از 1 · برای موشک‌ها هنگام پرتاب 1,2–1,6 |
| مقدارهای نمونه | سیب — 1 N · موتور هواپیما — صدها kN · موتور سوخت مایع — حدود 2 MN · موشک سنگین — 30–70 MN |
01 · تعریف
نیرو، تکانهٔ جت و فشار در خروجی
قانون دوم نیوتن: نیرو برابر است با جرم ضرب در شتاب. نیوتن نیرویی است که به یک کیلوگرم شتاب 1 m/s² می‌دهد. موتور خود را از جت خودش به جلو می‌راند: هر ثانیه جرم ṁ را با سرعت vₑ بیرون می‌اندازد و نیروی ṁ·vₑ می‌گیرد — طبق قانون سوم.
جملهٔ دوم فشار است. اگر گاز در خروجی نازل بیش از هوا فشار بیاورد، باز هم هل می‌دهد؛ اگر کمتر باشد، هوا جت را می‌فشارد و از رانش می‌کاهد. نازل بلند گاز را بیشتر شتاب می‌دهد و در خلأ خوب کار می‌کند، اما نزدیک زمین می‌بازد. نازل کوتاه برعکس. ضربهٔ ویژه Isp رانش به ازای وزن سوخت مصرفی در هر ثانیه است، بر حسب ثانیه: هرچه بیشتر، موتور کم‌مصرف‌تر.
چند نیوتن برای برخاستن لازم است
انتخاب کنید چه چیزی بالا برود و رانش را تنظیم کنید — مقیاس لگاریتمی است، از 0,1 N تا 100 MN. وزن نیروی گرانش mg است. برخاستن وقتی است که رانش از وزن بیشتر باشد.
گاراژ: موشکی از قطعات بسازید
موشک در سالن مونتاژ ایستاده است. هر قطعه جرم، پسای هوا و رانش را تغییر می‌دهد: دماغه شکل نوک را، بدنه قطر مخزن‌ها و تعداد موتورهایی را که جا می‌گیرند، بالچه‌ها پایداری در max-Q را، موتور و نازل رانش و ضربهٔ ویژه را. قطعه‌ای که آخر از همه عوض شده روشن است. در سمت راست جرم به تفکیک اجزا، نسبت رانش به وزن و ذخیرهٔ سرعت. وقتی موشک آماده شد — «به سکوی پرتاب».
موشک را بسازید — و ببینید بلند می‌شود یا نه
موشک در گاراژ بالا ساخته می‌شود: دماغه، بدنه، بالچه‌ها، موتورها، نازل، سوخت و محموله. هر چه ساخته شد روی سکو می‌رود. کار اصلی — «پرتاب»: شمارش معکوس، احتراق، جدا شدن از سکو، دیوار صوتی، بیشینهٔ فشار دینامیکی، خاموشی موتورها و پرواز آزاد تا بالاترین نقطه. در گاراژ می‌توان مرحلهٔ دوم افزود و «چرخش به سوی مدار» را روشن کرد: پس از برخاستن موشک به سوی افق خم می‌شود، مرحلهٔ اول جدا می‌شود و مرحلهٔ دوم حدود 7,8 km/s سرعت افقی می‌گیرد — و اگر حضیض بالاتر از 160 km باشد، موشک در مدار است. بدون چرخش پرواز عمودی است، مانند موشک کاوش ژئوفیزیکی. ثانیه‌های نخست آهسته می‌گذرند و سپس پرواز تند می‌شود؛ لغزندهٔ زیر صحنه آن را جلو و عقب می‌برد. در سمت راست برش نازل: فشار در خروجی در برابر فشار بیرون بدنه، که شکل جت و رانش به آن‌ها بستگی دارد.
—
02 · تبدیل
| {n} | {v} | {note} |
حساب سریع: یک تن‌نیرو تقریباً 10 kN است، صد تن رانش حدود 1 MN. دقیق‌تر — ضرب در 9,807.
موتورهای آمریکایی را اغلب با پوندنیرو توصیف می‌کنند: یک میلیون lbf برابر 4,45 MN است.
03 · مرتبه‌های بزرگی
04 · ابزارهای اندازه‌گیری
05 · قواعد نگارش
06 · یکاهای همسایه
07 · بخش تاریخی
نیوتن یکای فرعی SI است: کیلوگرم، متر و ثانیه. از 2019 کیلوگرم با ثابت پلانک تعریف می‌شود و نیوتن هم بر همان تکیه دارد. استانداردهای نیرو دستگاه‌هایی‌اند که حسگر را با وزنه‌های معلوم در میدان گرانش معلوم بار می‌کنند؛ بزرگ‌ترینشان چند مگانیوتن را تحمل می‌کنند.
رانش موتور موشک ثابتی شناسنامه‌ای نیست. به فشار بیرون بدنه بستگی دارد، از این رو در مشخصات دو عدد می‌نویسند: در سطح دریا و در خلأ. مراجع قدیمی رانش را با تن‌نیرو می‌دادند؛ طبق GOST 8.417 این یکایی خارج از سیستم است و با ضرب در 9 807 به نیوتن تبدیل می‌شود.
فهرست کمیت‌ها
همهٔ فهرست ←هفت یکای پایهٔ SI
یک قطره اسید رنگ آب‌میوه را تغییر می‌دهد، نمک شعله را رنگی می‌کند، آب با یک ضربه یخ می‌زند. زیر آن‌ها همهٔ برگه‌های Simetrium، بر پایهٔ رشته و به ترتیب الفبا.
باز کردن فهرست ←