La propulsión es la generación de fuerza mediante cualquier combinación de empujar o tirar para modificar el movimiento de traslación de un objeto, que suele ser un cuerpo rígido (o un cuerpo rígido articulado), pero también puede afectar a un fluido . [1] El término se deriva de dos palabras latinas: pro , que significa antes o adelante ; y pellere , que significa conducir . [2] Un sistema de propulsión consta de una fuente de potencia mecánica y un propulsor (medio para convertir esta potencia en fuerza propulsora).
Pulsar una cuerda de guitarra para inducir una traslación vibratoria es técnicamente una forma de propulsión de la cuerda de guitarra; Esto no se describe comúnmente en este vocabulario, aunque se considera que los músculos humanos impulsan las yemas de los dedos. El movimiento de un objeto que se mueve a través de un campo gravitacional se ve afectado por el campo, y dentro de algunos marcos de referencia los físicos hablan de que el campo gravitacional genera una fuerza sobre el objeto, pero por profundas razones teóricas , los físicos ahora consideran la trayectoria curva de un objeto. moverse libremente a través del espacio-tiempo moldeado por la gravedad como un movimiento natural del objeto, no afectado por una fuerza de propulsión (en esta visión, se considera que la manzana que cae no está impulsada, mientras que se considera que el observador de la manzana que está de pie en el suelo) ser propulsado por la fuerza reactiva de la superficie terrestre).
Los sistemas de propulsión biológica utilizan los músculos de un animal como fuente de energía y extremidades como alas , aletas o patas como propulsores. Un sistema tecnológico utiliza un motor como fuente de energía (comúnmente llamado planta motriz ), y ruedas y ejes , hélices o una boquilla propulsora para generar la fuerza. Es posible que se necesiten componentes como embragues o cajas de cambios para conectar el motor a ejes, ruedas o hélices. Un sistema tecnológico/biológico puede utilizar trabajo muscular humano o animal entrenado para alimentar un dispositivo mecánico.
Se conocen como proyectiles los objetos pequeños, como las balas , impulsados a gran velocidad ; Los objetos más grandes impulsados a gran velocidad, a menudo en vuelo balístico , se conocen como cohetes o misiles .
Influir en el movimiento de rotación también es técnicamente una forma de propulsión, pero en el habla, un mecánico de automóviles podría preferir describir los gases calientes en el cilindro de un motor como propulsores del pistón (movimiento de traslación), que impulsa el cigüeñal (movimiento de rotación), el cigüeñal luego impulsa las ruedas (movimiento de rotación) y las ruedas impulsan el automóvil hacia adelante (movimiento de traslación). En el habla común, la propulsión se asocia con el desplazamiento espacial más fuertemente que las formas de movimiento contenidas localmente, como la rotación o la vibración. Como otro ejemplo, las tensiones internas en una pelota de béisbol en rotación hacen que la superficie de la pelota se desplace a lo largo de una trayectoria sinusoidal o helicoidal, lo que no sucedería en ausencia de estas fuerzas interiores; estas fuerzas cumplen con la definición técnica de propulsión de la mecánica newtoniana , pero no se habla comúnmente de ellas en este idioma.
Un sistema de propulsión de una aeronave generalmente consta de un motor de aeronave y algún medio para generar empuje, como una hélice o una tobera propulsora .
Un sistema de propulsión de un avión debe lograr dos cosas. Primero, el empuje del sistema de propulsión debe equilibrar la resistencia del avión cuando éste está en crucero. Y en segundo lugar, el empuje del sistema de propulsión debe exceder la resistencia del avión para que éste acelere. Cuanto mayor sea la diferencia entre el empuje y la resistencia, llamado exceso de empuje, más rápido acelerará el avión. [2]
Algunas aeronaves , como los aviones de pasajeros y los aviones de carga , pasan la mayor parte de su vida en condiciones de crucero. Para estos aviones, el exceso de empuje no es tan importante como la alta eficiencia del motor y el bajo consumo de combustible. Dado que el empuje depende tanto de la cantidad de gas movido como de la velocidad, podemos generar un alto empuje acelerando una gran masa de gas en una pequeña cantidad, o acelerando una pequeña masa de gas en una gran cantidad. Debido a la eficiencia aerodinámica de las hélices y los ventiladores, es más eficiente en términos de combustible acelerar una masa grande en una cantidad pequeña, razón por la cual los turbofan y turbohélices de alto bypass se usan comúnmente en aviones de carga y de pasajeros. [2]
Algunos aviones, como los aviones de combate o los aviones experimentales de alta velocidad, requieren un exceso de empuje muy alto para acelerar rápidamente y superar la alta resistencia asociada con las altas velocidades. Para estos aviones, la eficiencia del motor no es tan importante como un empuje muy alto. Los aviones de combate modernos suelen tener un postquemador añadido a un turbofan de derivación baja . Los futuros aviones hipersónicos pueden utilizar algún tipo de propulsión ramjet o cohete. [2]
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La propulsión terrestre es cualquier mecanismo para impulsar cuerpos sólidos a lo largo del suelo, generalmente con fines de transporte . El sistema de propulsión suele consistir en una combinación de un motor , una caja de cambios y una rueda y ejes en aplicaciones estándar.
Maglev (derivado de la levitación magnética ) es un sistema de transporte que utiliza levitación magnética para suspender, guiar e impulsar vehículos con imanes en lugar de utilizar métodos mecánicos, como ruedas, ejes y cojinetes . Con maglev, un vehículo levita a una distancia corta de una guía utilizando imanes para crear elevación y empuje. Se afirma que los vehículos Maglev se mueven de manera más suave y silenciosa y requieren menos mantenimiento que los sistemas de transporte público con ruedas . Se afirma que no depender de la fricción también significa que la aceleración y desaceleración pueden superar con creces las de los medios de transporte existentes. La energía necesaria para la levitación no representa un porcentaje particularmente grande del consumo total de energía; La mayor parte de la energía utilizada se necesita para superar la resistencia del aire ( arrastre ), como ocurre con cualquier otra forma de transporte de alta velocidad.
La propulsión marina es el mecanismo o sistema utilizado para generar empuje para mover un barco o embarcación a través del agua. Si bien los remos y las velas todavía se utilizan en algunas embarcaciones más pequeñas, la mayoría de los barcos modernos son propulsados por sistemas mecánicos que consisten en un motor o motor que hace girar una hélice , o con menos frecuencia, en los propulsores a reacción, un impulsor . La ingeniería marina es la disciplina que se ocupa del diseño de sistemas de propulsión marinos .
Los motores de vapor fueron los primeros motores mecánicos utilizados en la propulsión marina, pero en su mayoría han sido reemplazados por motores diésel de dos o cuatro tiempos , motores fuera de borda y motores de turbina de gas en barcos más rápidos. Los reactores nucleares que producen vapor se utilizan para propulsar buques de guerra y rompehielos , y ha habido intentos de utilizarlos para impulsar buques comerciales. Los motores eléctricos se han utilizado en submarinos y embarcaciones eléctricas y se han propuesto para una propulsión energéticamente eficiente. [3] Los recientes desarrollos en motores alimentados con gas natural licuado (GNL) están ganando reconocimiento por sus bajas emisiones y ventajas de costos.
La propulsión de naves espaciales es cualquier método utilizado para acelerar naves espaciales y satélites artificiales . Hay muchos métodos diferentes. Cada método tiene desventajas y ventajas, y la propulsión de naves espaciales es un área activa de investigación. Sin embargo, la mayoría de las naves espaciales actuales se propulsan forzando un gas desde la parte trasera del vehículo a muy alta velocidad a través de una boquilla supersónica de Laval . Este tipo de motor se llama motor de cohete .
Todas las naves espaciales actuales utilizan cohetes químicos ( bipropulsores o de combustible sólido ) para su lanzamiento, aunque algunas (como el cohete Pegasus y el SpaceShipOne ) han utilizado motores que respiran aire en su primera etapa . La mayoría de los satélites tienen propulsores químicos simples y confiables (a menudo cohetes monopropulsores ) o cohetes resistojet para el mantenimiento de la posición orbital y algunos usan ruedas de impulso para el control de actitud . Los satélites del bloque soviético han utilizado propulsión eléctrica durante décadas, y las nuevas naves espaciales occidentales en órbita geográfica están empezando a utilizarlos para mantenerse en posición norte-sur y elevar la órbita. Los vehículos interplanetarios también utilizan principalmente cohetes químicos, aunque algunos han utilizado propulsores de iones y propulsores de efecto Hall (dos tipos diferentes de propulsión eléctrica) con gran éxito.
Un teleférico es cualquiera de una variedad de sistemas de transporte que dependen de cables para arrastrar o bajar vehículos a un ritmo constante. La terminología también se refiere a los vehículos de estos sistemas. Los vehículos del teleférico no tienen motor ni motor y son arrastrados por un cable que gira mediante un motor externo.
La locomoción animal, que es el acto de autopropulsión de un animal, tiene muchas manifestaciones, entre ellas correr , nadar , saltar y volar . Los animales se mueven por diversas razones, como encontrar comida, pareja o un microhábitat adecuado y escapar de los depredadores. Para muchos animales, la capacidad de moverse es esencial para la supervivencia y, como resultado, las presiones selectivas han dado forma a los métodos y mecanismos de locomoción empleados por los organismos en movimiento. Por ejemplo, los animales migratorios que viajan grandes distancias (como el charrán ártico ) suelen tener un mecanismo de locomoción que cuesta muy poca energía por unidad de distancia, mientras que los animales no migratorios que frecuentemente deben moverse rápidamente para escapar de los depredadores (como las ranas ) probablemente tener una locomoción costosa pero muy rápida. El estudio de la locomoción animal suele considerarse un subcampo de la biomecánica .
La locomoción requiere energía para superar la fricción , el arrastre , la inercia y la gravedad , aunque en muchas circunstancias algunos de estos factores son insignificantes. En entornos terrestres es necesario superar la gravedad, aunque la resistencia del aire es un problema mucho menor. Sin embargo, en ambientes acuosos, la fricción (o arrastre) se convierte en el mayor desafío, mientras que la gravedad es una preocupación menor. Aunque los animales con flotabilidad natural no necesitan gastar mucha energía para mantener la posición vertical, algunos se hundirán naturalmente y deberán gastar energía para mantenerse a flote. La resistencia también puede presentar un problema en vuelo , y las formas aerodinámicamente eficientes del cuerpo de las aves resaltan este punto. Sin embargo, el vuelo presenta un problema diferente al del movimiento en el agua, ya que no hay forma de que un organismo vivo tenga una densidad menor que la del aire. Los organismos sin extremidades que se mueven sobre la tierra a menudo deben lidiar con la fricción de la superficie, pero normalmente no necesitan gastar una cantidad significativa de energía para contrarrestar la gravedad.
La tercera ley del movimiento de Newton se utiliza ampliamente en el estudio de la locomoción animal: si está en reposo, para avanzar un animal debe empujar algo hacia atrás. Los animales terrestres deben empujar el suelo sólido; Los animales que nadan y vuelan deben empujar contra un fluido (ya sea agua o aire ). [4] El efecto de las fuerzas durante la locomoción en el diseño del sistema esquelético también es importante, al igual que la interacción entre la locomoción y la fisiología muscular, para determinar cómo las estructuras y efectores de la locomoción permiten o limitan el movimiento animal.
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