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

$F_{c}=ma,$

gdzie:

$a$ – przyspieszenie uzyskiwane przez pojazd [m/s²],

$m$ – 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

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

gdzie:

$dp/dt$ – prędkość zmiany pędu statku.

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

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

gdzie:

$m$ – masa wprawianej w ruch wody,

$dv/dt$ – 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:

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

gdzie:

$v$ – prędkość wylotowa [m/s],

$dm/dt$ – szybkość spalania paliwa [kg/s].

Przy uwzględnieniu innych czynników wzór przybierze postać

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

gdzie:

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

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

$A$ – pole powierzchni przekroju poprzecznego dyszy wylotowej [m²].

Zobacz też

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

Linki zewnętrzne

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