Propulsión

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 ser un fluido. El término se deriva de dos palabras latinas: pro, que significa antes o adelante; y pellere, que significa conducir. 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 gravitatorio se ve afectado por el campo, y dentro de algunos marcos de referencia los físicos hablan del campo gravitatorio generando una fuerza sobre el objeto, pero por razones teóricas profundas, los físicos ahora consideran la trayectoria curva de un objeto moviéndose libremente a través del espacio-tiempo moldeado por la gravedad como un movimiento natural del objeto, no afectado por una fuerza propulsora (desde este punto de vista, se considera que la manzana que cae no tiene propulsión, mientras que el observador de la manzana que está de pie en el suelo se considera 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 o motor como fuente de energía (comúnmente llamado powerplant), y ruedas y ejes, hélices o una tobera propulsora para generar la fuerza. Es posible que se necesiten componentes como embragues o cajas de engranajes para conectar el motor a ejes, ruedas o hélices. Un sistema tecnológico/biológico puede usar trabajo muscular humano o animal entrenado para impulsar un dispositivo mecánico.

Los objetos pequeños, como balas, propulsados ​​a gran 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 automotriz podría preferir describir los gases calientes en un cilindro de motor como propulsando el pistón (movimiento de traslación), que impulsa el cigüeñal (movimiento de rotación), el cigüeñal luego unidadeslas ruedas (movimiento de rotación) y las ruedas impulsan el automóvil hacia adelante (movimiento de traslación). En el habla común, la propulsión está más asociada con el desplazamiento espacial que con 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 ocurriría en ausencia de estas fuerzas interiores; estas fuerzas cumplen con la definición técnica de propulsión de la mecánica newtoniana, pero no se mencionan comúnmente en este lenguaje.

Propulsión vehicular

Propulsión de aire

El 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 aeronaves debe lograr dos cosas. Primero, el empuje del sistema de propulsión debe equilibrar la resistencia del avión cuando el avión está navegando. Y segundo, el empuje del sistema de propulsión debe exceder la resistencia del avión para que el avión acelere. Cuanto mayor sea la diferencia entre el empuje y la resistencia, llamado exceso de empuje, más rápido acelerará el avión.

Algunas aeronaves, como los aviones comerciales 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 movida como de la velocidad, podemos generar un gran 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 combustible acelerar una gran masa en una pequeña cantidad, razón por la cual los turboventiladores y turbohélices de derivación alta se usan comúnmente en aviones de carga y de pasajeros.

Algunas aeronaves, como los aviones de combate o las aeronaves experimentales de alta velocidad, requieren un exceso de empuje muy alto para acelerar rápidamente y superar la gran 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 generalmente tienen un dispositivo de poscombustión agregado a un turboventilador de derivación baja. Los futuros aviones hipersónicos pueden usar algún tipo de estatorreactor o propulsión de cohetes.

Terrestre

La propulsión terrestre es cualquier mecanismo para impulsar 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 una rueda y ejes en aplicaciones estándar.

Levitación magnética

Maglev (derivado de mag lev levitación) es un sistema de transporte que utiliza la levitación magnética para suspender, guiar y propulsar vehículos con imanes en lugar de utilizar métodos mecánicos, como ruedas, ejes y cojinetes. Con maglev, un vehículo se levita a una corta distancia de una guía usando imanes para crear tanto sustentación como empuje. Se afirma que los vehículos de levitación magnética se mueven de manera más suave y silenciosa y requieren menos mantenimiento que los sistemas de transporte público 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 vencer la resistencia del aire (arrastre), como con cualquier otra forma de transporte de alta velocidad.

Marina

La propulsión marina es el mecanismo o sistema utilizado para generar empuje para mover un barco o bote a través del agua. Mientras que los remos y las velas todavía se usan en algunos barcos más pequeños, 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 propulsores a chorro, 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 propulsar embarcaciones comerciales. Los motores eléctricos se han utilizado en submarinos y barcos eléctricos y se han propuesto para una propulsión energéticamente eficiente. Los desarrollos recientes en motores alimentados con gas natural licuado (GNL) están ganando reconocimiento por sus bajas emisiones y sus ventajas económicas.

Espacio

La propulsión de naves espaciales es cualquier método utilizado para acelerar naves espaciales y satélites artificiales. Hay muchos métodos diferentes. Cada método tiene 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 impulsan forzando un gas desde la parte trasera del vehículo a una velocidad muy alta a través de una tobera supersónica de Laval. Este tipo de motor se llama motor cohete.

Todas las naves espaciales actuales usan cohetes químicos (bipropelente o combustible sólido) para el lanzamiento, aunque algunas (como el cohete Pegasus y SpaceShipOne) han usado motores de respiración de aire en su primera etapa. La mayoría de los satélites tienen propulsores químicos simples y confiables (a menudo cohetes monopropulsores) o cohetes de reacción para el mantenimiento de la estación 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 de órbita geográfica occidental están comenzando a utilizarlos para el mantenimiento de la posición norte-sur y la elevación de 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.

Cable

Un teleférico es cualquiera de una variedad de sistemas de transporte que dependen de cables para tirar de los vehículos o bajarlos a un ritmo constante. La terminología también se refiere a los vehículos en estos sistemas. Los vehículos del teleférico no tienen motor ni motor y son tirados por un cable que gira por un motor fuera de borda.

Animal

La locomoción animal, que es el acto de autopropulsión de un animal, tiene muchas manifestaciones, como correr, nadar, saltar y volar. Los animales se mueven por una variedad de razones, como para encontrar comida, 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 con frecuencia 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 se considera típicamente como 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, la gravedad debe superarse, 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, siendo la gravedad 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 mantenerse a flote. La resistencia también puede presentar un problema en vuelo, y las formas corporales aerodinámicamente eficientes de las aves resaltan este punto. Sin embargo, el vuelo presenta un problema diferente del movimiento en el agua, ya que no hay forma de que un organismo vivo tenga una densidad más baja que el aire.

La tercera ley del movimiento de Newton se usa ampliamente en el estudio de la locomoción animal: si está en reposo, para moverse hacia adelante, un animal debe empujar algo hacia atrás. Los animales terrestres deben empujar la tierra firme; los animales que nadan y vuelan deben empujar contra un fluido (ya sea agua o aire). 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 los efectores de la locomoción permiten o limitan el movimiento animal.