Newton som dragkraft
En newton är den kraft som på en sekund ger ett kilogram farten en meter per sekund. Ett äpple på ungefär 100 gram trycker mot handflatan med en kraft av en newton. En raketmotor stöter ut hundratals kilogram gas per sekund med 3–4 km/s och får en dragkraft på miljontals newton — meganewton.
Dragkraften har två termer: strålens rörelsemängd ṁ·vₑ och tryckskillnaden vid dysans mynning. Därför drar samma motor svagare vid marken än i vakuum, och dysans form avgör var den fungerar bäst. Raketen lyfter bara om dragkraften är större än tyngden; kvoten mellan dem är dragkraft/tyngd-förhållandet.
| Beteckning | N · kN · MN |
| Definition | 1 N = 1 kg·m/s² — enligt Newtons andra lag F = ma |
| Dragkraft | F = ṁ·vₑ + (pₑ − pₐ)·Aₑ |
| Äldre enheter | 1 kgf = 9,80665 N · 1 tf = 9,807 kN · 1 lbf = 4,448 N |
| Lyft | dragkraft/tyngd F / mg större än 1 · hos raketer vid start 1,2–1,6 |
| Typiska värden | äpple — 1 N · flygmotor — hundratals kN · vätskeraketmotor — omkring 2 MN · tung raket — 30–70 MN |
01 · Definition
Kraft, strålens rörelsemängd och trycket vid mynningen
Newtons andra lag: kraft är massa gånger acceleration. En newton är den kraft som ger ett kilogram accelerationen 1 m/s². Motorn trycker ifrån mot sin egen stråle: varje sekund stöter den ut massan ṁ med farten vₑ och får kraften ṁ·vₑ — enligt tredje lagen.
Den andra termen är trycket. Trycker gasen vid dysans mynning hårdare än luften, skjuter den på ytterligare; trycker den svagare, klämmer luften ihop strålen och tar dragkraft. En lång dysa accelererar gasen mer och fungerar bra i vakuum, men förlorar vid marken. En kort — tvärtom. Specifik impuls Isp är dragkraften per tyngd förbrukat bränsle per sekund, i sekunder: ju högre, desto snålare motor.
Hur många newton behövs för att lyfta
Välj vad som ska lyftas och ställ in dragkraften — skalan är logaritmisk, från 0,1 N till 100 MN. Tyngden är tyngdkraften mg. Lyft sker när dragkraften är större än tyngden.
Garage: bygg en raket av delar
Raketen står i monteringshallen. Varje del ändrar massa, luftmotstånd och dragkraft: noskonen nosens form, skrovet tankarnas diameter och hur många motorer som får plats, fenorna stabiliteten vid max-Q, motorn och dysan dragkraften och den specifika impulsen. Den senast ändrade delen är markerad. Till höger: massa per del, dragkraft/tyngd och hastighetsreserv. När raketen är klar — «Rulla ut till rampen».
Bygg en raket — och se om den lyfter
Raketen byggs i garaget ovanför: noskon, skrov, fenor, motorer, dysa, bränsle och last. Det som byggts rullar ut till startbordet. Huvudhandlingen är «Starta»: nedräkning, tändning, lyft, ljudvallen, maximalt dynamiskt tryck, motorstopp och fri flykt upp till högsta punkten. I garaget kan du lägga till ett andra steg och slå på «Sväng mot omloppsbana»: efter lyftet lägger sig raketen mot horisonten, första steget separeras, det andra bygger upp omkring 7,8 km/s i sidled — och om perigeum ligger över 160 km är raketen i omloppsbana. Utan sväng är flygningen lodrät, som för en sondraket. De första sekunderna går långsamt, sedan går flygningen snabbare; reglaget under scenen spolar i den. Till höger dysan i genomskärning: trycket vid mynningen mot trycket utanför, de avgör strålens form och dragkraften.
—
02 · Omräkning
| {n} | {v} | {note} |
Snabbräkning: ett tonkraft är nästan 10 kN, hundra ton dragkraft omkring 1 MN. Mer exakt — multiplicera med 9,807.
Amerikanska motorer anges ofta i pundkraft: en miljon lbf är 4,45 MN.
03 · Storleksordningar
04 · Mätinstrument
05 · Skrivregler
06 · Grannenheter
07 · Historisk del
Newton är en härledd SI-enhet: kilogram, meter och sekund. Sedan 2019 definieras kilogrammet via Plancks konstant, och därmed vilar även newton på den. Kraftnormaler är maskiner som belastar en givare med kända vikter i ett känt tyngdfält; de största klarar flera meganewton.
En raketmotors dragkraft är ingen konstant på typskylten. Den beror på trycket utanför, därför anges två värden i data: vid havsytan och i vakuum. Äldre handböcker gav dragkraften i tonkraft; enligt GOST 8.417 är det en enhet utanför systemet, som räknas om till newton genom multiplikation med 9 807.
Storhetskatalog
hela registret →SI-systemets sju grundenheter
En droppe syra ändrar saftens färg, salt färgar lågan, vatten fryser av en knackning. Under dem alla Simetriums blad, efter ämnesområde och i bokstavsordning.
Öppna registret →