דחף (כוח)

דחף הוא כוח הפועל על גוף בכיוון מסוים כאשר אותו גוף מאיץ מסה בכיוון הנגדי. כוח הדחף נובע מהחוק השני והשלישי של ניוטון, והוא פועל בכיוון הפוך לכוון החומר המואץ. לדוגמה מנוע סילון מאיץ אוויר לאחור, ונדחף, עקב כך, על ידי סילון האוויר, קדימה.

תיאור

במטוס לדוגמה, הדחף נוצר בכיוון הפוך לכיוון דחיפת האוויר. דחף זה עשוי להיווצר, טכנית, במספר דרכים. למשל, סיבוב להבים של מדחף, סיבוב מניפה של מנוע סילון או פליטת גזים חמים בלחץ ממנוע רקטי. הדחף קדימה נמצא ביחס ישר למכפלת מסת זרם האוויר הנדחף כפול השינוי במהירותו. כלי טיס יכול ליצור דחף גם 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 הרצוי, בתווך נוזלי. דוגמה נוספת היא צינור כיבוי אש הנרתע לאחור (או "משתולל" לכל הכיוונים) בשל הדחף אותו יוצר סילון המים הנפלט מקצהו.
מעוף אופקי של רקטה, מתקיים כתוצאה משוויון בין הדחף הקדמי של הגוף לבין קצב השינוי בתנע הקווי 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 השינוי במסה (שיעור פליטת הגזים)
v - מהירות הגזים הנפלטים ביחס לרקטה

מעבר מדחף 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.

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

לדוגמה, הספק מנועו של מטוס מסרשמיט Me-262 (סנונית) עם דחף של 3,960 פאונד ובמהירות טיסה של 900 קמ"ש, הוא 5,903 כוחות סוס.

מעבר מדחף להספק הנעה

שאלה נפוצה היא כיצד ניתן להשוות את שיעור הדחף של מנוע סילון לשיעור ההספק של מנוע בוכנה. השוואה כזו עשויה להיות בעייתית מאחר שתנועת 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;
$\mathbf {P} =\mathbf {T} {v}$

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

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

מדיה וקבצים בנושא דחף בוויקישיתוף

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