제트 힘

제트력은 뉴턴의 제3법칙에 따라 물체 자체를 반대 방향으로 추진시키는 어떤 기계의 배기가스(esp. esp)이다. 제트력에 대한 이해는 드론, 인공위성, 로켓, 비행기, 그리고 다른 공중기계의 발사가 필수적이다.

제트력은 어떤 추진장치로부터 시작된다; 로켓의 경우, 이것은 보통 아래에서 가연성 가스를 배출하는 어떤 시스템이다. 이 반발 시스템은 이러한 기체 분자를 의도된 움직임의 반대방향으로 너무 빨리 밀어내서 기체 분자가 움직이는 방향에서 180° 떨어진 방향으로 작용하는 반대력이 로켓을 (따라서 의도된 움직임의 방향으로) 밀어올린다. 일반적인 잘못된 가정은 로켓이 지상에서 밀어내면서 상승한다는 것이다. 만약 그렇다면, 로켓은 비행기가 더 이상 지상에 가까이 있지 않은 후에 위쪽으로 계속 이동할 수 없을 것이다. 오히려 배출된 가스에 의한 반대 힘이 움직이는 이유다.

스러스트, 리프트, 중량 및 드래그

제트력은 구성 요소로 나눌 수 있다. 이 힘의 "전진" 요소는 일반적으로 추력이라고 불린다.^[1] 제트 힘의 위쪽 구성 요소를 리프트라고 한다.^[2] 항공기의 움직임에 영향을 미치는 다른 두 가지 힘도 있다. 공기저항이라고도 하는 드래그는 움직임에 반대하는 힘이다. 이와 같이 제트력의 두 구성 요소(추력 및 양력 모두)에 대해 작용한다. 네 번째이자 최종적인 힘은 바로 아래로 작용하는 무게 그 자체다.

추력

추력을 분석하기 위해 우리는 수학적 관점을 취한다.

1. 첫째, 항공기는 지면에 관해서 어느 정도 각도로 이륙한다. 직진하는 로켓의 경우, 이 각도는 90°이거나 적어도 90°에 가까울 것이다. 비행기와 대부분의 다른 항공기의 경우, 이 각도는 일반적으로 0°에서 60°까지 훨씬 더 작을 것이다. 우리는 이 각도를 θ으로 정의할 것이다.
2. θ은 항공기가 이동함에 따라 끊임없이 변화하고 있다. 그러나 언제든지 이 각도 θ의 코사인(cosine)은 우리에게 전방 방향으로 작용하고 있는 힘의 구성요소를 줄 것이다. force의 이 코사인(cosine)에 총력을 곱하면 다음과 같은 추력이 발생한다.

$\displaystyle 스러스트=JetForce*\cos \theta }$

θ의 범위는 0° ~ 90°이고, 이 범위에서 어떤 각도의 코사인(cosine)은 0 ≤ cosa θ 1 1이므로 추력은 항상 예상대로 제트력보다 작거나 같을 것이다. 추력은 제트력의 구성 요소이기 때문이다.

들어올리다

우리의 추력 분석과 유사하게, 우리는 수학적 관점에서 시작한다.

1. 우리는 추력을 위해 1단계에서 했던 것과 같은 각도 θ을 정의한다. 다시 말하지만, 이 각도 θ은 어느 주어진 시간마다 다르다.
2. 그러나 리프트를 위해 우리는 전방 구성 요소보다는 수직 구성 요소를 찾고 있다. 각도 θ의 사인(sine)은 수직 구성 요소에서 작용하는 힘의 성분을 우리에게 줄 것이다. 제트력에 sine의 사인(sine)을 곱하면 리프트가 발생한다.

$Lift=JetForce*\sin \theta }$

코사인(cosine)과 유사하게 0° ~ 90° 범위의 각도의 사인(sine)은 항상 최소 0°에서 최대 1° 사이여야 한다. 이와 같이 리프트도 제트력보다 적을 것이다. 분사력, 상승력, 추력력 중에서 거리 공식으로 나머지 두 개를 준다면 이것들 중 하나를 찾을 수 있다. 이 경우 다음과 같다.

${\displaystyle \surd (JetForce)^{2}=\surd (Thrust^{2}+Lift^{2}}}}$

이와 같이 제트력, 추력, 양력은 본질적으로 연결되어 있다.

끌다

드래그, 즉 공기저항은 운동에 반대하는 힘이다. 추력은 "전진 운동"을 제공하는 힘이고, "상향 운동"을 생성하는 힘이기 때문에, 끌리는 이 두 힘 모두에 반대한다. 공기저항은 공기 그 자체와 움직이는 물체(이 경우 항공기) 사이의 마찰이다. 공기저항 계산은 추력 및 양력 계산보다 훨씬 더 복잡하다- 그것은 항공기의 재료, 항공기의 속도 및 기타 가변 요소와 관련이 있다. 그러나 로켓과 비행기는 드래그력을 최소화하는 재료와 모양으로 제작되어 항공기를 위/앞으로 이동시키는 힘을 극대화한다.^[3]

무게

무게는 리프트가 상승 운동을 일으키기 위해 극복해야 하는 하강력이다. 지구상에서 무게는 계산하기가 상당히 쉽다.

$[\displaystyle Weight=m*g}$

이 방정식에서 m은 물체의 질량을 나타내며 g는 중력에 의해 생성되는 가속이다. 지구상에서 이 값은 약 9.8m/s 제곱이다. 인양력이 중량의 힘보다 클 경우 항공기가 위로 가속한다.

모멘텀을 이용한 분석

제트력 자체로 인한 선박 속도를 계산하려면 모멘텀 분석이 필요하다. 운동량^[4] 보존은 다음과 같이 명시한다.

${\displaystyle m1v1+m2v2=m1v1f+m2v2f}$

이 상황에서 m1은 추진계통 내 기체의 질량을 나타내고, v1은 이 기체의 초기 속도를 나타내며, m2는 로켓의 질량을 나타내며, v2는 로켓의 초기 속도를 나타낸다. 방정식의 반대쪽 끝에서 v1f는 기체의 최종 속도를 나타내고, v2f는 로켓의 최종 속도를 나타낸다. 초기에는 추진장치와 로켓의 기체가 모두 정지해 있어 v1과 v2는 0과 같다. 이와 같이 방정식은 다음과 같이 단순화할 수 있다.

${\displaystyle 0=m1v1f+m2v2f}$

좀 더 간단한 대수학 후에 우리는 v2(로켓의 속도)를 다음과 같이 계산할 수 있다.

${\displaystyle v2f=-(m1v1)/m2}$

이것은 우리에게 이륙 직후의 항공기의 속도를 제공한다. 우리는 이때부터 그것에 작용하는 모든 힘을 알고 있기 때문에 뉴턴의 제2 법칙을 이용하여 순가속도를 계산할 수 있다.^[5] 항공기가 이륙하는 속도와 어느 지점에서 가속도를 고려할 때, 그 속도 또한 어느 특정 지점에서나 계산할 수 있다.^[6]

참조