الدفع

                                                                              الدفع  

نسمع كلمة دفع في حياتنا كثيرا لكن ما الدفع ؟ 

لدفع رد فعل القوة وفق قانون نيوتن الثاني والثالث. فعندما تؤثر قوة على جسم ما فتكسبه عجلة تتناسب طرديا مع القوة المؤثرة وعكسيا مع كتلة الجسم. الدفع هو قوة الغاز التي تندفع من محرك نفاث أو محرك صاروخي وتخرج كعادم. أبسط طريقة لتحقيق ومشاهدة الدفع عندما ننفخ بالونا وبدلا من ان حزم فوهته نتركه في الهواء ، نجد أن اندفاع الهواء خارجا من البالون "يدفعه" في اتجاه معاكس لاتجاه خروج الهواء منه . تطبق تلك الظاهرة على المحرك النفاث والمحرك الصاروخي .

تقاس قوة الدفع بالنيوتن ، حيث وزن 1 كيلوجرام = 10 نيوتن 

صور للدفع : 

  

 مثال الدفع (دفع الصاروخ):

يندفع جسم الصاروخ بواسطة قوة دفع تتناسب مع معدل احتراق الوقود ، وتندفع كتلة الغاز المحترق إلى الخلف بالسرعة v ، فتكون معادلة الدفع كالآتي:

${\displaystyle F=v{\frac {dm}{dt}}}$

حيث : F الدفع المولد أو قوة الدفع.

v: سرعة العادم.

${\displaystyle {\frac {dm}{dt}}}$ معدل تغير كمية الوقود مع الزمن ، أو ما يسمى "معدل الاحتراق".

يمكن كتابة المعادلة السابقة على النحو التالي:

${\displaystyle F\cdot \Delta t=\Delta m\cdot v_{s}}$

F: الدفع

Δt: زمن احتراق الوقود

Δm: كمية الوقود المحترقة

v_s: سرعة اندفاع الغازات من المحرك .

ونظرا لكون الدفع ${\displaystyle F={\text{const.}}}$ ثابتا , نحصل على السرعة النهائية ${\displaystyle v_{t}}$ باعتبار أن السرعة الابتدائية كانت مساوية للصفر ${\displaystyle v_{0}=0}$ ، حيث كتلة الصاروخ (نفسه) ${\displaystyle m_{\mathrm {R} }}$ وكتلة الوقود ${\displaystyle m_{\mathrm {T} }}$:

${\displaystyle v_{t}=v_{\mathrm {s} }\cdot \ln {\frac {m_{\mathrm {R} }+m_{\mathrm {T} }}{m_{\mathrm {R} }}}}$ 

تسمى تلك المعادلة "المعادلة الأساسية للصاروخ".

وهذا معناه أن السرعة النهائية للصاروخ تتناسب طرديا مع سرعة اندفاع الغازات (في العادة تكون نحو 4500 متر/الثانية ) ونسبة الكتلة الأولية إلى الكتلة النهائية ( حيث يحترق الوقود ويخف الصاروخ ، وهذه النسبة تبلغ في العادة 30:1 إلى 100:1) .

من المهام الرئيسية للمحرك الصاروخي هو التغلب على الجاذبية . لذلك لا بد للصاروخ توليد سرعة الإفلات البالغة ${\displaystyle v_{\mathrm {e} }\approx 11200\,\mathrm {m/s} }$ (حيث e من كلمة escape ) ، لكي يغادر الأرض ويصل إلى مدار حول الأرض .

في حالة صاروخ حامل تكون الكتلة النهائية مساوية تقريبا للحمولة المراد ارسالها إلى مدار حول الأرض (قمر صناعي مثالا).

,في حالة الصاروخ الحامل أريان 5 G  : الكتلة تعادل نحو 750 طن ، الحمولة ≈ 20& nbsp;t طن ، توصل إلى مدار منخفض حول الأرض (أو حمولة 7 طن للوصول إلى المدار الجغرافي الثابت (ارتفاع 8و35 ألف كيلومتر حول الأرض)، الدفع الابتدائي للصاروخ ≈12.000 كيلو نيوتن , النهاية العظمي للدفع ≈14.400 كيلو نيوتن .

كل محرك من محركات مكوك الفضاء الثلاث تنتج قوة دفع تساوي 1.8 ميغا نيوتن, وصواريخ التعزيز التي تعمل بالوقود الصلب (عددها اثنان) ينتج كل واحد منهما 14.4 ميغا نيوتن , فيكون إجمالي الدفع 34.8 ميغا نيوتن. وهذا أكبر بالمقارنة مع كتلة مكوك الفضاء ومحركاته الصاروخية أثناء الإقلاع والتي تبلغ 2,040,000 كيلوجرام , ومن ثم يكون وزنها 20 ميغا نيوتن.

وعلى النقيض فإن المحركات التي يلبسها رواد الفضاء للتنقل خارج المركبة مثل لوحدة مأهولة للمناورة فلها 24 محرك دافع مقدار قوة كل منها 3.56 نيوتن. وتستخدم للحركة البطيئة لرائ الفضاء وتوجيه حركته أثناء تأدية أشغال خارج مركبة فضائية.

تعتبر محركات مواصفات جي إي 90-115بي (GE90-115B) المستخدمة على طائرات بوينغ 777 وحسب موسوعة جينيس أقوى محرك نفاث للأغراض المدنية حتى الآن، عند التجربة أعطى دفع مقداره 569 كيلو نيوتن . 

للمزيد من المعلومات الرجاء زيارة موقع ويكيبيديا الموسوعة الحرة