דחף (כוח)

כח הדחף הוא הכח המניע את המטוס

טיל החץ ממריא בשל הדחף הנוצר בהאצה של גזים לכוון מטה.

סירת המירוץ "דוחפת" מים הפוך לכיוון התקדמותה, ובעוצמה שגורמת לעילויה מעל פני המים.

דחף הוא כוח הפועל על גוף בכוון מסוים כאשר אותו גוף מאיץ מסה בכיוון הנגדי. כוח הדחף נובע מהחוק השני והשלישי של ניוטון, והוא פועל בכוון הפוך לכוון החומר המואץ. לדוגמה מנוע סילון מאיץ אוויר לאחורה, כוח הדחף על המנוע הוא קדימה.

תיאור

במטוס לדוגמה, הדחף שנוצר הוא בכיוון הפוך לכיוון דחיפת האוויר. דחף זה עשוי להתקבל במספר דרכים; סיבוב להבים של מדחף, סיבוב מניפה של מנוע סילון או פליטת גזים חמים בלחץ ממנוע רקטי. הדחף קדימה עומד ביחס למכפלת מסת זרם האוויר הנדחף כפול השינוי במהירותו. כלי טיס יכול לייצר גם דחף לאחור על מנת להאט, תוך היפוך כיוון הסיבוב של המדחף או שינוי כיוון זרם הפליטה (בסילון). ציפורים למשל, מייצרות דחף על ידי נפנוף בכנפיים.
בצורה דומה, כלי שיט מייצרים דחף (קדמי או אחורי) על ידי דחיפת המים בכיוון ההפוך לכיוון ההתקדמות, והתקדמות בתווך נוזלי. דוגמה נוספת היא צינור כיבוי אש הנרתע לאחור (או "משתולל" לכל הכיוונים) בשל הדחף של סילון המים שנפלט מקצהו.
מעוף אופקי של רקטה, מתקיים כתוצאה משיוויון בין הדחף הקדמי של הגוף לבין קצב שינוי המומנטום של גזי הפליטה. הגזים מואצים מתא הבעירה ונפלטים מנחיר הפליטה בקצהו של הגוף. בכתיב מתמטי, הדחף מיוצג על ידי מכפלת מהירות הפליטה (ביחס לרקטה) בשיעור ירידת מסת הגוף (הנפלטת);
$\mathbf{T}=\frac{dm}{dt}\mathbf{v}$

• T - הוא כוח הדחף הנוצר
• $\frac{dm}{dt}$ הוא קצב שינוי המסה ביחס לזמן (שיעור פליטת הגזים)
  
• v - מהירות הגזים הנפלטים הנמדדת ביחס לרקטה

מעבר דחף לכוח

דחף במהירות אפס פירושו אפס הספק. הספק דורש ביצוע עבודה, ולכן מהירות אפס פירושה היעדר עבודה או הספק. לכן, הספק של רקטה או מנוע מטוס הוא מכפלת הדחף במהירות ההתקדמות.

• (וואט) הספק = דחף (ניוטון) x מהירות (מטר/שנייה)
  
• (כוח סוס) הספק = דחף (x (lbf מהירות (שנייה/רגל) /550
  

לדוגמה; מטוס מסרשמיט Me-262 (סנונית) עם דחף של 3,960 פאונד ובמהירות טיסה של 900 קמ"ש, שווה בהספקו ל-5,903 כוחות סוס.

מעבר דחף להספק הנעה

שיגור טיל Maverick ממטוס הF-20. מעוף הטיל מותנה בהתגברות עוצמת הדחף על החיכוך הרב עם האוויר בנוסף לכח המשיכה.

שאלה נפוצה היא כיצד ניתן להשוות את שיעור הדחף של מנוע סילון לשיעור ההספק של מנוע בוכנה. השוואה כזו עשויה להיות בעייתית מאחר ותנועת הגופים של שני המנועים תהיה שונה במהותה. מנוע הבוכנה אינו מזיז את המטוס עצמו אלא פעולת המדחף עושה זאת, ולכן המדד המדויק הוא כמות ההספק שמנוע הבוכנה מייצר למדחף עצמו. מכאן, שלהוציא שינויים משמעותיים בטמפרטורה ובלחץ האוויר, הדחף הנוצר תלוי בעיקר במידת הפתיחה של המצערת.
מנוע סילון מנגד, אינו בעל מדחף. הוא דוחף את המטוס על ידי פליטת אוויר חם לאחור. מידת ההספק שהמנוע מעביר למטוס נמדדת בלבד על פי כוח הדחף שמתקבל, וזאת להוציא את שאר העבודה שהמנוע מבצע ואינה מועילה לתנועת הגוף (גלי קול, תנודות, מעבר חום וכדומה).

הביטוי המתמטי של הספק ההנעה, הוא מכפלת הכוח (F) המושקע להעברת הגוף, במנת המרחק (d) בזמן הנדרש (t). כלומר;
$\mathbf{P}=\mathbf{F}\frac{d}{t}$
במקרה של רקטה או מנוע סילון, הכוח שווה בדיוק לדחף הנוצר מהמנוע. תנועה במהירות קבועה ללא שינויים, תאחד את מנת התאוצה לכדי מהירות בלבד. כלומר;
$\mathbf{P}=\mathbf{T}{v}$

שני סוגי המטוסים קשורים לעץ

לכאורה נוסחה זו די מפתיעה אולם היא די נכונה: הספק ההנעה של מנוע סילון גדל בד בבד עם העלייה במהירות. גם כאן, מהירות אפס פירושה אפס הספק הנעה.
כמקרה בוחן, ניתן לחשוב על מטוס סילון ומטוס בוכנה הפועלים במלוא מצערת, אך קשורים בשרשרת חזקה לעץ ולא נעים לפנים. אין ספק כי מועברת כמות גדולה של הספק, אך לא לשם תנועה. סביר להניח שמידת הדחף גדולה אך כיוון שאין תנועה, הספק ההנעה של הגופים הוא אפס. כעת, נניח שהשרשרת מתנתקת ושני המטוסים מתחילים לנוע. במהירויות נמוכות: מנוע הבוכנה יפיק 100% הספק, ואילו הדחף שייצר המדחף ישתנה בהתאם למהירות הנצברת. מנוע הסילון יפיק 100% דחף, ואילו הספק ההנעה המתקבל, ישתנה עם צבור המהירות.

ראו גם

• רתע
• חוקי התנועה של ניוטון

לקריאה נוספת

• Introduction to Flight, John D. Anderson, Jr., McGraw-Hill, ISBN 0072990716
• Understanding Flight, by David Anderson and Scott Eberhardt, McGraw-Hill, ISBN 0071363777

קישורים חיצוניים

• מהו דחף, באנגלית, באתר של נאס"א
• דחף פחות גרר, באנגלית באתר של נאס"א
• דחף - כוחות בתעופה, באנגלית
• דחף, באנגלית, מאה שנות תעופה
• מהו דחף באנגלית

כוחות אווירודינמיים
עילוי - דחף - גרר