Propulsie
Propulsia este generarea de forță prin orice combinație de împingere și/sau tragere pentru a modifica mișcarea de translație a unui obiect, care este de obicei un corp rigid (sau un corp rigid articulat), dar poate avea în vedere și un fluid.[1]
Un sistem de propulsie este un sistem format din cel puțin două elemente de bază: centrala de propulsie – o sursă de putere mecanică – și propulsorul, un mecanism care transformă puterea furnizată în forță de propulsie, adesea având și cu componente suplimentare, cum ar fi transmisia(d) și sistemul de control, care produc rezultatul final dorit al sistemului de propulsie.
Ciupirea unei coarde de chitară pentru a induce o vibrație este, din punct de vedere tehnic, o formă de propulsie a coardei chitarei, însă acest lucru nu este descris în mod obișnuit prin acest cuvânt, chiar dacă se consideră că mușchii umani propulsează vârful degetelor. Mișcarea unui obiect care se mișcă într-un câmp gravitațional este afectată de câmp, iar în anumite sisteme de referință fizicienii vorbesc despre câmpul gravitațional care generează o forță asupra obiectului, dar din motive teoretice profunde, fizicienii consideră acum traiectoria curbă a unui obiect care se mișcă liber prin spațiu-timp ca fiind determinată de gravitație, o mișcare naturală a obiectului, neafectată de o forță propulsivă (din acest punct de vedere mărul care cade este considerat a fi nepropulsat, în timp ce observatorul mărului, care stă pe sol, este considerat a fi propulsat de forța de reacțiune a suprafeței Pământului).
Sistemele de propulsie biologice, cum ar fi cele ale animalelor, utilizează contracțiile musculare ca motor și anexe precum membrele, picioarele, aripile, înotătoarele peștilor sau cozile ca propulsoare, în timp ce microorganismele au dezvoltat complexe sofisticate de proteine membranare care acționează ca motoare moleculare pentru a alimenta flagelii ca propulsoare. Sistemele tehnice, cum ar fi autovehiculele, utilizează de obicei unul sau mai multe motoare drept centrală de propulsie și roți, elice sau un ajutaj reactiv pentru a realiza propulsia. Componentele sistemului de propulsie, cum ar fi ambreiajul, cutia de viteze și arborele de transmisie(d), pot fi necesare pentru a conecta motorul la punți, roți sau elice. Pe lângă centralele de propulsie interne, uneori se pot folosi forțe externe ca surse de energie pentru a acționa asupra propulsoarelor, cum ar fi utilizarea energiei umane sau animale pentru a propulsa vehicule nemotorizate și ambarcațiuni cu propulsie umană, captarea energiei eoliene pentru a acționa vele sau zmee și utilizarea gravitației pentru a asigura mișcarea înainte a planoarelor.
În vorbirea comună, propulsia este asociată în general cu deplasarea spațială, nu cu formele de mișcare locale, cum ar fi rotația sau vibrația. Un mecanic auto nu va spune că gazele de ardere din cilindrul motorului „propulsează” pistonul, deși acesta „acționează” arborele cotit, care apoi „acționează” roțile, care „propulsează” automobilul. Un alt exemplu este efectul Magnus asupra unei mingi în rotație, efect care o face să aibă o traiectorie sinusoidală sau elicoidală. Deși forța care apare în cursul acestui efect îndeplinește definiția tehnică a propulsiei din mecanica newtoniană, ea nu este descrisă drept forță de propulsie.
Etimologie
[modificare | modificare sursă]Termenul „propulsie” provine din latină pro, care înseamnă „înainte”, și pello, care înseamnă „a mișca”.[2][3]
Propulsia vehiculelor
[modificare | modificare sursă]Propulsia în aer
[modificare | modificare sursă]
Un sistem de propulsie al unei aeronave constă, în general, dintr-un motor de aeronavă și niște mijloace de generare a tracțiunii, cum ar fi o elice sau un ajutaj reactiv.
Un sistem de propulsie al unei aeronave trebuie să realizeze două lucruri. În primul rând, forța de tracțiune a sistemului de propulsie trebuie să echilibreze rezistența la înaintare a avionului atunci când acesta este în zbor. Iar în al doilea rând, forța de tracțiune a sistemului de propulsie trebuie să depășească rezistența la înaintare a avionului pentru ca acesta să poată accelera. Cu cât diferența dintre forța de tracțiune și rezistența la înaintare, numită exces de tracțiune, este mai mare, cu atât avionul va accelera mai rapid.[3]
Unele aeronave, cum ar fi avioanele de linie sau de transport marfă, își petrec cea mai mare parte a activității în zbor de croazieră. Pentru aceste avioane, excesul de tracțiune nu este la fel de important ca randamentul ridicat al motorului și consumul redus de combustibil. Deoarece tracțiunea depinde atât de cantitatea de gaz deplasată, cât și de viteză, se poate genera o tracțiune mare prin accelerarea redusă a unei mase mari de gaz sau accelerarea puternică a unei mase mici de gaz. Datorită eficienței aerodinamice a elicelor este mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil să se accelereze mai puțin o masă mai mare, motiv pentru care turboventilatoarele și turbopropulsoarele cu dublu flux cu coeficient de diluție mare sunt utilizate în mod obișnuit la avioanele de transport marfă și la avioanele de linie.[3]
Unele aeronave, cum ar fi avioanele de vânătoare sau aeronavele experimentale de mare viteză, necesită un exces de tracțiune foarte mare pentru a accelera rapid și pentru a depăși rezistența la înaintare ridicată de la vitezele mari. Pentru aceste avioane, randamentul motorului nu este la fel de important ca tracțiunea foarte mare. Avioanele de luptă moderne au de obicei adăugată o postcombustie la un motor cu reacție cu dublu flux cu raport de diluție redus. Viitoarele avioane hipersonice ar putea folosi un tip de statoreactor sau propulsie cu motor de rachetă.[3]
Propulsia pe sol
[modificare | modificare sursă].jpg)
Propulsia pe sol se face cu orice mecanism de propulsie a obiectelor solide pe sol, de obicei în scopul transportului. Sistemul de propulsie constă adesea dintr-o combinație între un motor electric sau cu ardere internă, o cutie de viteze și roți.
Dezvoltarea motorului cu abur și a motorului cu ardere internă a permis dezvoltarea vehiculelor feroviare și a autovehiculelor, toate având o formă de sistem de propulsie. Motorul electric a permis vehicule mai silențioase, cu emisii mai mici și, adesea, un randament al motorului mai mare.
Propulsia magnetică
[modificare | modificare sursă]
Maglev (derivat din magnetic lev'itation) este un sistem de transport care folosește levitația magnetică pentru a suspenda, ghida și propulsa vehiculele cu magneți, în loc să utilizeze metode mecanice, cum ar fi roți și rulmenți. La Maglev un vehicul levitează la mică distanță de o cale de ghidare, folosind magneți pentru a crea atât portanță, cât și tracțiune. Se spune că vehiculele Maglev se mișcă mai lin și mai silențios și necesită mai puțină întreținere decât sistemele de transport în comun cu roți. Se susține că lipsa dependenței de frecare înseamnă, de asemenea, că accelerația și decelerația pot depăși cu mult cele ale formelor de transport existente. Puterea necesară pentru levitație nu reprezintă un procent deosebit de mare din consumul total de energie; cea mai mare parte a puterii utilizate este necesară pentru a depăși rezistența aerului, ca în cazul oricărei alte forme de transport de mare viteză.
Propulsia navală
[modificare | modificare sursă]
Propulsia navală este realizată de sistemul utilizat pentru a genera împingerea necesară pentru a mișca o navă sau o barcă pe apă. În timp ce vâslele(d) și velele sunt încă folosite pe unele ambarcațiuni mai mici, majoritatea navelor moderne sunt propulsate de sisteme mecanice constând dintr-un motor care acționează o elice sau, mai rar, produce un jet. Ingineria navală este disciplina care se ocupă de proiectarea sistemelor de propulsie navale.
Motoarele cu abur au fost primele motoare mecanice utilizate în propulsia navală, dar au fost în mare parte înlocuite de motoare diesel în doi timpi sau în patru timpi, motoare în afara bordului și turbine cu gaze pe navele mai rapide. Propulsia nucleară navală(d) utilizează reactorii nucleari, care produc abur, și este folosită la marile nave militare și la spărgătoarele de gheață. Au existat încercări de a le utiliza și la navele comerciale. Motoarele electrice au fost folosite pe submarine și la bărci electrice(d).[4] Dezvoltările recente în domeniul motoarelor alimentate cu gaz petrolier lichefiat (GPL) sunt recunoscute pentru emisiile lor reduse și costurile reduse.
Propulsia în spațiul extraterestru
[modificare | modificare sursă]
Propulsia navelor spațiale se face prin orice metodă de accelerare a lor și a sateliților artificiali. Există multe metode diferite, inclusiv pompe.[5] Fiecare metodă are avantaje și dezavantaje, iar propulsia navelor spațiale este un domeniu de cercetare activ. Totuși, majoritatea navelor spațiale din prezent sunt propulsate prin evacuarea în spatele vehiculului a unui gaz cu viteză foarte mare printr-un ajutaj convergent-divergent supersonic. Acest tip de motor se numește „motor de rachetă”.
Toate navele spațiale actuale folosesc motoare chimice cu combustibili solizi(d) sau lichizi(d), deși unele, ca Pegasus și SpaceShipOne, au folosit motoare aeroreactoare la prima lor treaptă. Majoritatea sateliților au propulsoare chimice simple și fiabile (adesea motoare rachetă cu monopropelant sau cu rezistojet) pentru menținerea poziției pe orbită, iar unii folosesc roți de reacție(d) pentru controlul poziției navelor spațiale. Sateliții sovietici au folosit propulsia electrică(d) timp de decenii, iar navele spațiale occidentale mai noi, aflate pe orbită, încep să le utilizeze pentru menținerea poziției nord-sud și corectarea altitudinii orbitei. Vehiculele interplanetare folosesc în mare parte și rachete chimice, deși câteva au folosit cu mare succes propulsoare ionice și propulsoare cu efect Hall(d) (două tipuri diferite de propulsie electrică).
Propulsia cu cablu
[modificare | modificare sursă]Un funicular este oricare dintre sistemele de transport care se bazează pe cabluri pentru a trage sau a coborî vehicule într-un ritm constant. Terminologia se referă și la vehiculele din aceste sisteme. Vehiculele unui funicular sunt fără motor și sunt trase de un cablu care este acționat de un motor extern.
Locomoția organismelor vii
[modificare | modificare sursă]
Locomoția animală, care este actul de autopropulsie al unui animal, se poate face în diverse feluri, cum ar fi alergarea, înotul, salturile și zborul. Animalele se mișcă din diverse motive, cum ar fi căutarea hranei, a unui partener sau a unui microhabitat adecvat și pentru a scăpa de prădători. Pentru multe animale capacitatea de a se mișca este esențială pentru supraviețuire, ca urmare presiunile selective au modelat metodele și mecanismele de locomoție utilizate de organismele în mișcare. De exemplu, ființele migratoare care călătoresc distanțe uriașe (cum ar fi Sterna paradisaea(d)) au de obicei un mecanism de locomoție care consumă foarte puțină energie per unitatea de distanță, în timp ce animalele nemigratoare care trebuie să se miște rapid pentru a scăpa de prădători (cum ar fi broaștele) sunt susceptibile de a avea o locomoție costisitoare energetic, dar foarte rapidă. Studiul locomoției animale este de obicei considerat a fi un subdomeniu al biomecanicii.
Locomoția necesită energie pentru a depăși frecarea, rezistența la înaintare, inerția și gravitația, deși în multe circumstanțe unii dintre acești factori sunt neglijabili. În mediul terestru gravitația trebuie contracarată, dar rezistența la înaintare a aerului este o problemă mult mai mică. Însă în mediul acvatic rezistența la înaintare devine principala provocare, gravitația fiind o preocupare mai mică. Deși animalele cu flotabilitate naturală nu trebuie să cheltuiască multă energie pentru a-și menține poziția pe verticală, unele se vor scufunda în mod natural și trebuie să cheltuiască energie pentru a rămâne la suprafață. De asemenea, rezistența la înaintare poate reprezenta o problemă în zbor, iar formele aerodinamice ale corpului păsărilor evidențiază acest aspect. Zborul prezintă însă o problemă diferită de mișcarea în apă, deoarece nu există niciun organism viu care să aibă o densitate mai mică decât a aerului. Organismele fără membre care se mișcă pe uscat trebuie adesea să se confrunte cu frecarea pe suprafață, dar de obicei nu trebuie să cheltuiască o energie semnificativă pentru a contracara gravitația.
Al treilea principiu al mecanicii este utilizat pe scară largă în studiul locomoției animalelor: dacă este în repaus, pentru a se deplasa înainte, un animal trebuie să împingă ceva înapoi. Animalele terestre trebuie să împingă solul, animalele care înoată sau zboară trebuie să împingă un fluid, fie apa, fie aerul.[6] Efectul forțelor în timpul locomoției asupra conformației scheletului este, de asemenea, important, la fel ca și interacțiunea dintre locomoție și fiziologia mușchilor în determinarea modului în care structurile și efectorii locomoției permit sau limitează mișcarea animalelor.
Note
[modificare | modificare sursă]- ↑ en Wragg, David W. (). A Dictionary of Aviation (ed. 1st American). New York: Frederick Fell, Inc. p. 216. ISBN 0-85045-163-9.
- ↑ Stăureanu, Mihai (). Dicționar latin–român. Editura „Scrisul Românesc”, Craiova. p. 279, 316.
- 1 2 3 4 en „Beginner's Guide to Propulsion NASA”.
- ↑ en „Energy Efficient - All Electric Ship”. Arhivat din original la . Accesat în .
- ↑ en Hall, Nancy. „Propulsion System”. NASA – Glenn Research. Accesat în .
- ↑ en Biewener, Andrew A. (). Animal Locomotion. OUP Oxford. ISBN 978-0-19-850022-3.
Vezi și
[modificare | modificare sursă]Legături externe
[modificare | modificare sursă]
Materiale media legate de propulsie la Wikimedia Commons- en Pickering, Steve (). „Propulsion Efficiency”. Sixty Symbols. Brady Haran from the University of Nottingham.
