La propulsión es la generación de fuerza mediante cualquier combinación de empuje o tracción para modificar el movimiento de traslación de un objeto, que normalmente es un cuerpo rígido (o un cuerpo rígido articulado) pero también puede referirse a un fluido . [1] El término se deriva de dos palabras latinas: pro , que significa antes o hacia adelante ; y pellere , que significa conducir . [2] Un sistema de propulsión consta de una fuente de energía mecánica y un propulsor (medio para convertir esta energía en fuerza propulsora).
Puntear una cuerda de guitarra para inducir una traslación vibratoria es técnicamente una forma de propulsión de la cuerda de la guitarra; esto no se representa 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 gravitatorio se ve afectado por el campo, y dentro de algunos marcos de referencia los físicos hablan del campo gravitatorio que genera una fuerza sobre el objeto, pero por razones teóricas profundas , los físicos ahora consideran que la trayectoria curva de un objeto que se mueve libremente a través del espacio-tiempo como algo moldeado por la gravedad es un movimiento natural del objeto, no afectado por una fuerza propulsora (en esta visión, se considera que la manzana que cae no tiene propulsión, mientras que se considera que el observador de la manzana que está de pie en el suelo es propulsado por la fuerza reactiva de la superficie de la Tierra).
Los sistemas de propulsión biológica utilizan los músculos de un animal como fuente de energía y las 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 tobera propulsora para generar la fuerza. Es posible que se necesiten componentes como embragues o cajas de cambios para conectar el motor a los ejes, las ruedas o las hélices. Un sistema tecnológico/biológico puede utilizar el trabajo muscular humano o de un animal entrenado para impulsar un dispositivo mecánico.
Los objetos pequeños, como las balas , propulsados a alta velocidad se conocen como proyectiles ; los objetos más grandes propulsados a alta 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 un cilindro de motor como propulsión 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 con más fuerza que las formas de movimiento contenidas localmente, como la rotación o la vibración. Como otro ejemplo, las tensiones internas en una pelota de béisbol giratoria 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 internas; 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 algunos medios para generar empuje, como una hélice o una tobera propulsora .
Un sistema de propulsión de aeronave debe lograr dos cosas. En primer lugar, el empuje del sistema de propulsión debe equilibrar la resistencia del avión cuando este se encuentra en vuelo de crucero. Y en segundo lugar, el empuje del sistema de propulsión debe superar la resistencia del avión para que este acelere. Cuanto mayor sea la diferencia entre el empuje y la resistencia, denominada 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 gran masa en una pequeña cantidad, por lo que los turbofán y turbohélices de alto bypass se utilizan comúnmente en aviones de carga y aviones de pasajeros. [2]
Algunas aeronaves, como los aviones de combate o los aviones experimentales de alta velocidad, requieren un exceso de empuje muy elevado para acelerar rápidamente y superar la elevada resistencia asociada a las altas velocidades. Para estos aviones, la eficiencia del motor no es tan importante como un empuje muy elevado. Los aviones de combate modernos suelen tener un postquemador añadido a un turbofán de baja derivación . Los aviones hipersónicos futuros pueden utilizar algún tipo de propulsión por estatorreactor o cohete. [2]
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La propulsión terrestre es cualquier mecanismo para propulsar cuerpos sólidos a lo largo del suelo, generalmente con fines de transporte . El sistema de propulsión a menudo consta de una combinación de un motor , una caja de cambios y ruedas y ejes en aplicaciones estándar.
El maglev (derivado de levitación magnética ) es un sistema de transporte que utiliza levitación magnética para suspender, guiar y propulsar vehículos con imanes en lugar de utilizar métodos mecánicos, como ruedas, ejes y cojinetes . Con el maglev, un vehículo se levita a una corta distancia de una vía guía utilizando imanes para crear tanto elevación como empuje. Se afirma que los vehículos maglev se mueven de forma más suave y silenciosa y requieren menos mantenimiento que los sistemas de transporte masivo con ruedas . Se afirma que la no dependencia de la fricción también significa que la aceleración y la desaceleración pueden superar con creces las de las formas de transporte existentes. La energía necesaria para la levitación no es 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 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 en algunas embarcaciones más pequeñas todavía se utilizan remos y velas , la mayoría de los barcos modernos son propulsados por sistemas mecánicos que consisten en un motor que hace girar una hélice o, con menos frecuencia, en los propulsores a chorro, un rodete . La ingeniería marina es la disciplina que se ocupa del diseño de sistemas de propulsión marina .
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 fueraborda 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 propulsar buques comerciales. Los motores eléctricos se han utilizado en submarinos y barcos eléctricos y se han propuesto para la propulsión energéticamente eficiente. [3] El desarrollo reciente de motores alimentados con gas natural licuado (GNL) está ganando reconocimiento por sus bajas emisiones y ventajas de costo.
La propulsión de naves espaciales es cualquier método utilizado para acelerar naves espaciales y satélites artificiales . Existen muchos métodos diferentes. Cada método tiene sus inconvenientes 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 al forzar un gas desde la parte trasera del vehículo a una velocidad muy alta a través de una tobera de Laval supersónica . Este tipo de motor se llama motor de cohete .
Todas las naves espaciales actuales utilizan cohetes químicos ( bipropulsados o de combustible sólido ) para el lanzamiento, aunque algunas (como el cohete Pegasus y el SpaceShipOne ) han utilizado motores de respiración de aire en su primera etapa . La mayoría de los satélites tienen propulsores químicos simples y confiables (a menudo cohetes monopropulsados ) o cohetes resistojet para mantener 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 naves espaciales occidentales más nuevas que orbitan en órbita están comenzando a usarlas para mantener la posición norte-sur y elevar la órbita. Los vehículos interplanetarios también utilizan principalmente cohetes químicos, aunque algunos han utilizado propulsores iónicos y propulsores de efecto Hall (dos tipos diferentes de propulsión eléctrica) con gran éxito.
Un teleférico es un sistema de transporte que se basa en cables para tirar de los vehículos o bajarlos a una velocidad constante. La terminología también se refiere a los vehículos de estos sistemas. Los vehículos del teleférico no tienen motor y son tirados 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 para encontrar comida, una pareja o un microhábitat adecuado , y para 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 deben moverse con frecuencia rápidamente para escapar de los depredadores (como las ranas ) probablemente tengan 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 , la resistencia , la inercia y la gravedad , aunque en muchas circunstancias algunos de estos factores son insignificantes. En entornos terrestres, la gravedad debe superarse, aunque la resistencia del aire es un problema mucho menor. Sin embargo, en entornos acuáticos, la fricción (o resistencia) se convierte en el principal desafío, y 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 deben gastar energía para permanecer a flote. La resistencia también puede presentar un problema en el vuelo , y las formas corporales aerodinámicamente eficientes de las aves resaltan este punto. Sin embargo, el vuelo presenta un problema diferente al movimiento en el agua, ya que no hay forma de que un organismo vivo tenga una densidad menor que el aire. Los organismos sin extremidades que se mueven en la tierra a menudo deben lidiar con la fricción de la superficie, pero generalmente no necesitan gastar energía significativa para contrarrestar la gravedad.
La tercera ley de Newton del movimiento 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, como lo es la interacción entre la locomoción y la fisiología muscular, para determinar cómo las estructuras y los efectores de la locomoción permiten o limitan el movimiento animal.
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