Masa de trabajo

La masa de trabajo , también denominada masa de reacción , es la masa contra la que opera un sistema para producir aceleración . En el caso de un cohete químico, por ejemplo, la masa de reacción es el producto del combustible quemado que se lanza hacia atrás para proporcionar propulsión. Toda aceleración requiere un intercambio de momento , que puede considerarse como la "unidad de movimiento". El momento está relacionado con la masa y la velocidad, como se indica en la fórmula P = mv, donde P es el momento, m la masa y v la velocidad. La velocidad de un cuerpo se puede cambiar fácilmente, pero en la mayoría de los casos la masa no, lo que la hace importante.

En los cohetes, el cambio de velocidad total se puede calcular (utilizando la ecuación del cohete de Tsiolkovsky ) de la siguiente manera:

${\displaystyle \Delta \,v=u\,\ln \left({\frac {m+M}{M}}\right)}$

Dónde:

• v = velocidad del barco.
• u = velocidad de escape.
• M = masa del buque, sin incluir la masa de trabajo.
• m = masa total expulsada del barco (masa de trabajo).

El término masa de trabajo se utiliza principalmente en el campo aeroespacial . En ejemplos más "terrenales", la masa de trabajo la proporciona normalmente la Tierra, que contiene tanto impulso en comparación con la mayoría de los vehículos que se puede ignorar la cantidad que gana o pierde. Sin embargo, en el caso de una aeronave, la masa de trabajo es el aire, y en el caso de un cohete , es el propio combustible del cohete. La mayoría de los motores de cohetes utilizan combustibles ligeros ( hidrógeno líquido , oxígeno o queroseno ) acelerados a velocidades supersónicas. Sin embargo, los motores iónicos suelen utilizar elementos más pesados ​​como el xenón como masa de reacción, acelerados a velocidades mucho más altas mediante campos eléctricos.

En muchos casos, la masa de trabajo está separada de la energía utilizada para acelerarla. En un automóvil, el motor proporciona potencia a las ruedas, que luego aceleran la Tierra hacia atrás para hacer que el automóvil se mueva hacia adelante. Sin embargo, este no es el caso de la mayoría de los cohetes, donde el propulsor del cohete es la masa de trabajo, así como la fuente de energía. Esto significa que los cohetes dejan de acelerar tan pronto como se quedan sin combustible, independientemente de otras fuentes de energía que puedan tener. Esto puede ser un problema para los satélites que necesitan ser reposicionados a menudo, ya que limita su vida útil. En general, la velocidad de escape debe ser cercana a la velocidad del barco para una eficiencia energética óptima . Esta limitación de la propulsión de cohetes es una de las principales motivaciones para el interés continuo en la tecnología de propulsión de campo .

• Ecuación del cohete