Propulsión

La propulsión, derivada de la palabra latina "propellere", que significa "impulsar hacia delante", se clasifica como la acción o el proceso de impulsar o empujar algo hacia delante. En el ámbito de la mecánica de sólidos, es el proceso por el que un objeto sólido se mueve generando una fuerza que lo impulsa en una dirección determinada, a menudo en oposición a las fuerzas de rozamiento o gravedad.

El ejemplo más reconocible es un cohete. Los cohetes, epítome de la maravilla de la ingeniería, utilizan métodos de propulsión de gran empuje para escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra. Los cohetes expulsan gas a gran velocidad, lo que, según la Tercera Ley del Movimiento de Newton, provoca una fuerza de reacción en sentido contrario que impulsa el cohete hacia arriba. Esto puede representarse como \(F = \dot{m}v \), donde \(F\) es la fuerza de empuje producida, \(\dot{m}) es la tasa de cambio de masa del cohete a medida que se quema el combustible, y \(v\) es la velocidad del gas expulsado.

En primer lugar, en ingeniería aeronáutica, la propulsión es clave para el diseño y funcionamiento de aviones y naves espaciales. Los reactores y cohetes actúan según el principio de conservación del momento, en el que el momento del gas o combustible expulsado compensa el momento de avance de la aeronave o nave espacial. Los chorros y los cohetes lanzan masa en una dirección y ganan velocidad en la otra. Esto se ajusta a la aplicación de la propulsión representada por la ecuación \( F=\dot{m}v \), donde \( F \) es la fuerza, \( \dot{m} \) es el índice de cambio de masa, y \( v \) es la velocidad de los gases expulsados.

La primera es la Tercera Ley del Movimiento de Newton, que establece el principio básico de la propulsión: "Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta". En términos de propulsión, esto puede representarse mediante la ecuación de empuje \( F = \dot{m}v \), donde \( F \) es la fuerza de empuje producida, \( \dot{m} \) es la tasa de masa expulsada (como los gases de escape en un cohete), y \( v \) es la velocidad de la masa expulsada.

En primer lugar, los sistemas de propulsión química son de los más tradicionales y utilizados. Estos sistemas utilizan una reacción química como fuente de energía. En esencia, consisten en quemar un combustible que libera gases que luego se expulsan para ejercer empuje. Algunos ejemplos son los motores de combustión interna de nuestros coches o los poderosos motores cohete que propulsan las naves espaciales. Estos sistemas son valorados por su alta densidad energética, pero a menudo son menos eficientes energéticamente y emiten una contaminación importante.

Consideremos, por ejemplo, un sistema de propulsión química: El combustible (como la gasolina en un coche o el hidrógeno líquido en un cohete) se enciende, provocando una reacción química que libera mucha energía. Esta energía calienta y expande los gases producidos por la reacción. Finalmente, estos gases a alta presión son expulsados a través de una tobera y, según la Tercera Ley de Newton, la fuerza de esta expulsión (acción) provoca una fuerza igual que impulsa el vehículo en sentido contrario (reacción).