Tõukejõud

Tõukejõud on jõud või tõuge. Kui süsteem lükkab või kiirendab massi ühes suunas, siis on vastassuunas sama suur tõukejõud. Matemaatikas ja füüsikas kirjeldavad seda Isaac Newtoni teine ja kolmas seadus. Tõukejõudu kasutatakse selle kirjeldamiseks, kui tugevalt mootor lükkab. Seda saab kasutada paljude sõidukite ja mootorite puhul, näiteks rakettide, mootorpaatide, propellerite ja reaktiivmootorite puhul.

Ameerika Ühendriikides mõõdetakse tõukejõudu naelades ja meetermõõdustikus njuutonites. 4,45 njuutonit tõukejõudu vastab 1 naelale tõukejõule. Ühe naela tõukejõud on see, kui palju tõukejõudu on vaja, et hoida ühe naela kaaluga objekt Maa gravitatsioonijõu suhtes liikumatuna.

Estes A10-PT raketimootori tõukejõukõver. Tõukejõukõver näitab, kui palju tõukejõudu (njuutonites) mootor aja jooksul (sekundites) toodab. See sisaldab ka teavet impulsi, kütusekoguse ja spetsiifilise impulsi kohta.

Tõukejõud võrreldes võimsusega

Väga levinud küsimus on, kuidas võrrelda lennukimootori tõukejõudu kolbmootori mehaanilise võimsusega (selline mootor, mis on autodes ja paljudes propelleriga lennukites). Neid kahte on raske võrrelda. Seda seetõttu, et nad ei mõõda täpselt sama asja. Kolbmootor ei liiguta lennukit. Ta lihtsalt keerab propellerit, mis liigutab lennukit. Seetõttu hinnatakse kolbmootoreid selle järgi, kui palju võimsust nad propellerile annavad.

Reaktiivmootoril ei ole aga propellerit - see lükkab lennukit edasi, liigutades kuuma õhku enda taga. Kasulik viis reaktiivmootori võimsuse mõõtmiseks on see, kui palju võimsust reaktiivmootor oma tõukejõu kaudu lennukile annab. Seda nimetatakse "reaktiivmootori tõukejõuks". Võimsus on see, kui palju jõudu on vaja millegi liigutamiseks mingi vahemaa ulatuses, jagatud selle vahemaa läbimiseks kuluva ajaga:

P = F d t {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}} $\mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}$ ,

Kus P on võimsus, F on jõud, d on kaugus ja t on aeg. Raketi või reaktiivmootori puhul on jõud sama, mis mootori tekitatud tõukejõud. Kaugust jagatud ajaga nimetatakse ka kiiruseks. Seega on võimsus sama, mis tõukejõud korrutatud kiirusega.

P = T v {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {T} {v}} $\mathbf {P} =\mathbf {T} {v}$ ,

Kus T on tõukejõud ja v on kiirus. See on võimsus, mida mootor annab teatud tõukejõu või kiiruse juures. Reaktiivmootori tõukejõud kasvab koos kiirusega.

Tõukejõud võrreldes kaaluga

Kui raketi või mootori tõukejõudu võrreldakse kaaluga, nimetatakse seda tõukejõu ja kaalu suhteks. Selle võrdluse tulemusel saadud arvul ei ole ühikuid, sest tegemist on suhtarvuga. Suhtarv tähendab sel juhul, et mootori tõukejõud (njuutonites) jagatakse kaaluga (njuutonites). Selle võrdluse eesmärk on näidata, kui hästi mootor või sõiduk töötab, näiteks kui suur on kiirendus. See on arv, mida saab kasutada erinevate mootoritüüpide, näiteks lennukimootorite, reaktiivmootorite, raketimootorite või automootorite võrdlemiseks.

See võrdlusarv võib mootori töötamise ajal muutuda. Selle põhjuseks on see, et mootori kaal muutub kütuse kasutamisel kergemaks. Tõukejõu ja kaalu suhet kasutatakse mootorite tegelikuks võrdlemiseks mootori esmakordsel käivitamisel leitud arvuga.

Näited

Lennuk teeb tõukejõu, kui õhku surutakse lennule vastupidises suunas. Tõukejõudu tekitavad propelleri pöörlevad labad. Tõukejõudu võib tekitada ka pöörlev ventilaator, mis surub õhku välja reaktiivmootori tagant. Teine võimalus on kuuma gaasi väljapaiskamine raketimootorist.

Tagasipööratud tõukejõud on vastupidine otsepöördejõule. Sel viisil lükatakse õhku samamoodi nagu keha liikumine. Tagasipööratud tõukejõudu saab kasutada pidurdamiseks pärast maandumist. Seda saab teha turbo- või reaktiivmootori tõukejõu ümbersuunamisega või propelleriga õhusõiduki labanurga muutmisega.

Tavaliselt saavutavad linnud lennu ajal tõukejõudu tiibade laperdamisega.

Mootoriga paat tekitab tõuke- või tagasitõuke, kui propellerid keeratakse, et suruda vett tagasi (või edasi). See tõukejõud lükkab paati vastupidises suunas, kui vett lükatakse.

Raketti lükkab edasi tõukejõud, mis on sama suur kui jõud, mida heitgaas raketi otsakust väljudes tekitab. Jõudu, mille heitgaas tekitab, nimetatakse heitgaasi kiiruseks. Kiirust mõõdetakse võrreldes raketi kiirusega. Selleks, et raketi vertikaalne start toimiks, peab stardijõud olema suurem kui raketi kaal.

Mootor	Tõukejõud (N)	Tõukejõu ja kaalu suhe
F-15C Eagle	155,240	1.12
F-16 Fighting Falcon	76,300	1.095
J-58 (SR-71 Blackbird reaktiivmootor)	150,000	5.2
Boeing 747-400 (mootorid)	1,008,000	6.3
F-1 (Saturn V esimese astme raketi mootor)	7,740,500	94.1
Tõukejõu ja tõukejõu ja massi suhe mitme mootori puhul

Jõud aerofooliumi ristlõikepinnal

Küsimused ja vastused

K: Mis on tõukejõud?

V: Tõukejõud on jõud või tõukejõud, mis tekib siis, kui süsteem surub või kiirendab massi ühes suunas, mille tulemuseks on sama suur jõud vastassuunas.

K: Kuidas kirjeldatakse tõukejõudu matemaatikas ja füüsikas?

V: Isaac Newtoni teine ja kolmas seadus kirjeldavad tõukejõu mõistet matemaatikas ja füüsikas.

K: Millistele sõidukitele ja mootoritele kohaldatakse tõukejõudu?

V: Tõukejõud kehtib paljude sõidukite ja mootorite puhul, näiteks rakettide, mootorpaatide, propellerite ja reaktiivmootorite puhul.

K: Kuidas mõõdetakse tõukejõudu tavaliselt USAs?

V: Ameerika Ühendriikides mõõdetakse tõukejõudu naelades.

K: Kuidas mõõdetakse tõukejõudu tavaliselt meetersüsteemis?

V: Metrilises süsteemis mõõdetakse tõukejõudu njuutonites.

K: Mitu njuutonit tõukejõudu vastab ühele naelale tõukejõule?

V: 4,45 njuutonit tõukejõudu vastab ühele naelale tõukejõule.

K: Mida kujutab endast üks nael tõukejõudu?

V: Üks nael tõukejõudu kujutab endast seda tõukejõudu, mis on vajalik selleks, et hoida ühe naela kaaluga objekt Maa gravitatsioonijõu suhtes liikumatuna.