Siła ciągu

Siła ciągu (ciąg) – siła będąca wynikiem działania silnika pojazdu, obiektu pływającego lub latającego. Siła ciągu jest siłą reakcji i 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

${\displaystyle F_{c}=ma,}$

gdzie:

${\displaystyle a}$ – przyspieszenie uzyskiwane przez pojazd [m/s²],

${\displaystyle m}$ – masa pojazdu [kg].

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 i 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.

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

${\displaystyle F_{c}={\frac {dp}{dt}},}$

gdzie:

${\displaystyle dp/dt}$ – prędkość zmiany pędu statku.

Zgodnie z zasadą zachowania pędu, zmiana pędu wody jest taka sama, zatem

${\displaystyle F_{c}=m{\frac {dv}{dt}},}$

gdzie:

${\displaystyle m}$ – masa wprawianej w ruch wody,

${\displaystyle dv/dt}$ – przyspieszenie nadawane 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).

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:

${\displaystyle F_{c}=v{\frac {dm}{dt}},}$

gdzie:

${\displaystyle v}$ – prędkość wylotowa [m/s],

${\displaystyle dm/dt}$ – szybkość spalania paliwa [kg/s].

Przy uwzględnieniu innych czynników wzór przybierze postać^[1]

${\displaystyle F_{c}=v{\frac {dm}{dt}}+A(p_{w}-p_{a})}$

gdzie:

${\displaystyle p_{w}}$ – ciśnienie w strumieniu czynnika roboczego [Pa],

${\displaystyle p_{a}}$ – ciśnienie w ośrodku zewnętrznym [Pa],

${\displaystyle A}$ – pole powierzchni przekroju poprzecznego dyszy wylotowej [m²].

Zobacz też

• ciąg silnika lotniczego
• impuls właściwy
• uciąg na palu
• wzór Ciołkowskiego

Przypisy

1. Hasło: „ciąg silnika (rakietowego)”, w: Kopernik, astronomia, astronautyka. Przewodnik encyklopedyczny, Włodzimierz Zonn (red.), PWN, Warszawa 1973, s. 58.

Linki zewnętrzne

• Ciąg silnika rakietowego
• Ruch ciała o zmiennej masie – rakieta

Kontrola autorytatywna (siła):

• GND: 4188738-4

Encyklopedie internetowe:

• Britannica: science/thrust-propulsion, technology/thrust-engineering-principle
• Catalana: 0178180