Työntövoiman

Työntövoima on voima, jolla ajoneuvoa kiihdytetään vastakkaiseen suuntaan poistuvan massan kautta syntyvän reaktiovoiman vuoksi. Se perustuu Newtonin kolmanteen lakiin: kun järjestelmä muuttaa massan suoraan taaksepäin, siihen liittyy vastakkaissuuntaisesti vaikuttava voima eteenpäin. Työntövoimaa tarvitaan sekä ilmailussa että avaruus- ja meriliikenteessä.

Työntövoimaa tuotetaan erilaisilla propulsion-tekniikoilla. Rakettimoottorit tuottavat suurpaineista kaasua, joka poistuu suuttimen läpi taaksepäin ja saa aluksen liikkumaan eteenpäin. Ilmapuhdittujen, kuten turbofan- ja turbojet-moottoreiden, toimintaperiaate on samankaltainen, mutta ne ottavat ilman mukaan ja tuottavat työntövoimaa ilman vastentahtoa liikuttamalla ilmaa taaksepäin. Potkumoottorit (propellerit) kiihdyttävät ilmaa taaksepäin käyttämällä pyöriviä siipiä, jolloin syntyy eteenpäin suuntautuva työntövoima.

Matemaattisesti työntövoima voidaan esittää muodossa F = ṁ (v_e − v_0) + (p_e − p_0) A_e, jossa ṁ on massavirta, v_e on ulosvirtauksen nopeus, v_0 on eteenpäin vaakasuuntuva nopeus, p_e ja p_0 ovat ulostulon sekä ympäröivän paineen arvot ja A_e on aukon pinta-ala. Käytännössä paine-termin merkitys on suurin lähellä maanpintaa ja pienenee tyypillisesti ylemmäs mentäessä; avaruudessa paine-termin vaikutus jää pienemmäksi.

Työntövoima mitataan Newtonina (N). Se on keskeinen tekijä, joka liittyy esimerkiksi työntövoiman ja massan vastaanottajien suorituskykyyn sekä tukea tarvitsevaan suorituskyvyn mittariin, kuten specificimpulssiin.