Cálculo de la potencia del motor de cohetes a partir de la fuerza y ​​el tiempo de combustión

Estoy luchando por relacionar el poder con la fuerza. El ejemplo en el que estoy trabajando en mi cabeza es un modelo de cohete. Este modelo de cohete (sin motor) tiene una masa de 50 g. Su motor tiene una masa de 10g (a los efectos de esta pregunta, ignoremos el cambio de masa como resultado del consumo de combustible). El motor es capaz de ejercer una fuerza de 5 N durante 0,3 segundos. Para resumir:

  • Masa del cohete: 50g
  • Masa del motor: 10g
  • Empuje del motor: 5N
  • Tiempo de combustión del motor: 0,3 s

¿Cómo se calcularía la "potencia" del motor? He pensado en el siguiente procedimiento:

  1. Calcular el peso del cohete + motor

F gramo r o C k mi t = ( 60 gramo ) ( 9.8 metro s 1 ) = 0.59 norte

  1. Calcule la aceleración del cohete como resultado del empuje del cohete.

a r o C k mi t = F norte mi t metro r o C k mi t = 4.41 norte 0.06 k gramo = 73.5 metro s 2

  1. Calcular el desplazamiento del cohete durante el tiempo de combustión

D = 1 2 a r o C k mi t t 2 = ( 0.5 ) ( 73.5 metro s 2 ) ( 0.3 s ) 2 = 3.31 metro

  1. Calcular el trabajo realizado.

W = ( 5 norte ) ( 3.31 metro ) = 16.55 j

  1. Calcula la potencia dividiendo el trabajo por el tiempo.

PAG = 16.55 j 0.3 s = 55.17 W

Sin embargo, el concepto con el que estoy luchando es que este procedimiento significa que la potencia/energía del motor depende de la masa del cohete. Por ejemplo, reducir la masa del cohete supondría una mayor aceleración neta hacia arriba y también un desplazamiento, por lo que el trabajo realizado sería mayor ya que el desplazamiento es mayor y el empuje es constante. ¿Un motor de cohete químico no tendría una cantidad predeterminada de energía potencial (química) y, por lo tanto, sería capaz de convertirla en una cantidad invariable de energía cinética? Entonces, por lo tanto, estoy un poco confundido y mi procedimiento debe ser incorrecto.

"reducir la masa del cohete significaría una mayor fuerza neta" - ¿Por qué es esto cierto?
Lo siento, eso fue incorrecto, solo quiero decir una mayor aceleración.

Respuestas (1)

Sin embargo, el concepto con el que estoy luchando es que este procedimiento significa que la potencia/energía del motor depende de la masa del cohete.

Mucho más problemático es que la potencia también depende de la velocidad del cohete. ¡Cuanto más rápido va el cohete, más potencia calculas que proviene del motor! Esta es la razón por la cual la potencia del motor de cohete rara vez se discute y el empuje sí.

¿Un motor de cohete químico no tendría una cantidad predeterminada de energía potencial (química), por lo tanto, sería capaz de convertirla en una cantidad invariable de energía cinética?

La primera parte es cierta. Pero a bajas velocidades, gran parte del contenido de energía del motor se destina a la energía cinética del escape, que está ignorando. A velocidades más altas, la KE inicial del combustible se vuelve bastante significativa.

En cualquier marco que desee medir, obtiene algo como esto:

k mi F tu mi yo , i norte i t + k mi r o C k mi t , i norte i t + mi F tu mi yo = k mi mi X h a tu s t , F i norte a yo + k mi r o C k mi t , F i norte a yo

Probablemente podría determinar la potencia química de la combustión del combustible, pero la proporción de cómo esa potencia entra en la KE del cohete frente a la KE del combustible cambia a medida que el cohete cambia de velocidad.

¿Por qué el trabajo realizado por un motor de cohete es mayor a velocidades más altas?

Gracias, estoy entendiendo esto mucho más claro ahora!