نیروی رانش چیست؟
نیروی رانش چگونه کار می‌کند؟ قانون عمل و عکس‌العمل
اساس نیروی رانش بر قانون سوم حرکت نیوتن استوار است. این قانون ساده اما قدرتمند می‌گوید: «برای هر عمل، یک عکس‌العمل مساوی و در جهت مخالف وجود دارد.» این یعنی اگر جسمی به جسم دیگری نیرو وارد کند، جسم دوم نیز نیرویی به همان اندازه اما در جهت مخالف به جسم اول وارد می‌کند.
یک مثال ساده: اگر روی اسکیت‌بورد ایستاده‌اید و یک توپ سنگین را به جلو پرتاب کنید، خودتان به عقب حرکت خواهید کرد. نیرویی که شما برای پرتاب توپ به جلو وارد می‌کنید (عمل)، باعث می‌شود توپ نیز نیرویی به شما وارد کند و شما را به عقب براند (عکس‌العمل). این نیروی عکس‌العمل، در واقع یک نیروی رانش است که شما را به حرکت درمی‌آورد.
انواع نیروی رانش در وسایل نقلیه
نیروی رانش در وسایل نقلیهٔ مختلف به روش‌های گوناگونی تولید می‌شود. منبع تولید این نیرو و نحوهٔ اعمال آن به محیط اطراف، بسته به وسیله متفاوت است.
| وسیله نقلیه | منبع تولید نیرو | نحوه ایجاد رانش (عمل) | نتیجه (عکس‌العمل) |
|---|---|---|---|
| موشک | سوخت (احتراق) | پرتاب گازهای داغ به سمت پایین و عقب | حرکت موشک به سمت بالا و جلو |
| پروانه قایق یا هواپیما | موتور | چرخش پره‌ها و هل دادن آب یا هوا به عقب | حرکت قایق یا هواپیما به جلو |
| خودرو | موتور | چرخش چرخ‌ها و هل دادن زمین به عقب | حرکت خودرو به جلو |
نیروی رانش در آسمان: از پرندگان تا جت‌های جنگنده
هواپیماها نمونه‌ای شگفت‌انگیز از به کارگیری نیروی رانش هستند. موتور جت۶ هوای زیادی را از جلو می‌مکد، آن را فشرده و با سوخت می‌سوزاند. این فرآیند گازهای بسیار داغ و پرفشاری تولید می‌کند که با سرعت بسیار زیاد از انتهای موتور به بیرون پرتاب می‌شوند. بر اساس قانون سوم نیوتن، پرتاب این گازها به عقب (عمل)، نیروی رانش قدرتمندی به سمت جلو (عکس‌العمل) به بدنهٔ هواپیما وارد می‌کند و آن را به پرواز درمی‌آورد.
پرندگان نیز از همین اصل استفاده می‌کنند. آن‌ها با بال‌زدن، هوا را به سمت پایین و عقب می‌رانند. عکس‌العمل این حرکت، پرنده را به سمت بالا و جلو می‌راند. هرچه پرنده سریع‌تر و قوی‌تر بال بزند، نیروی رانش بیشتری تولید می‌کند.
نیروی رانش در فضا: جایی که هوایی برای هل دادن وجود ندارد!
شاید این سؤال برای شما پیش بیاید که موشک‌ها در خلأ فضا که هوایی وجود ندارد، چگونه نیروی رانش تولید می‌کنند؟ پاسخ دقیقاً در قانون سوم نیوتن نهفته است. موشک برای حرکت کردن نیازی به هل دادن به جسم دیگری مانند هوا یا زمین ندارد. موتور موشک با سوزاندن سوخت، مقدار عظیمی گاز داغ تولید می‌کند و این گازها را با سرعت بسیار بالا از نازل خود به بیرون پرتاب می‌کند. این عمل (پرتاب گازها)، عکس‌العمل مستقیمی بر بدنهٔ موشک وارد می‌کند و آن را در خلاف جهت خروج گازها به حرکت درمی‌آورد. به همین دلیل است که موشک‌ها می‌توانند در خلأ کامل فضا نیز حرکت کنند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: بله، این دو عبارت اغلب به جای هم به کار می‌روند و یک مفهوم دارند. هر دو به نیرویی اشاره می‌کنند که باعث حرکت رو به جلوی یک جسم می‌شود.
پاسخ: هواپیما شتاب می‌گیرد و سرعت آن افزایش می‌یابد. اگر این دو نیرو با هم برابر باشند، هواپیبا با سرعت ثابت حرکت می‌کند. اگر نیروی مقاومت بیشتر شود، هواپیما سرعتش کم می‌شود.
پاسخ: خیر. وقتی شما راه می‌روید، در واقع پاهای شما به زمین نیرو وارد می‌کند (به عقب هل می‌دهد). عکس‌العمل زمین، نیروی رانشی است که شما را به جلو حرکت می‌دهد. شنا کردن نیز نمونهٔ دیگری است.
پاورقی
۱. نیروی رانش (Thrust)
۲. نیروی مقاومت (Drag)
۳. اصطکاک (Friction)
۴. کشش (Drag - معادل دیگر برای مقاومت هوا/آب)
۵. قانون سوم نیوتن (Newton's Third Law of Motion)
۶. موتور جت (Jet Engine)
۷. نیروی جلوبرنده (Propulsive Force)