Tolóerő
A tolóerő erő vagy lökés. Amikor egy rendszer egy irányba tolja vagy gyorsítja a tömeget, akkor az ellenkező irányba ugyanolyan nagy tolóerő (erő) hat. A matematikában és a fizikában ezt Isaac Newton második és harmadik törvénye írja le. A tolóerőt arra használják, hogy leírják, milyen erősen tol egy motor. Sokféle járműre és motorra, például rakétákra, motorcsónakokra, légcsavarokra és sugárhajtóművekre alkalmazható.
A tolóerőt az Egyesült Államokban "font tolóerőben", a metrikus rendszerben pedig newtonban mérik. 4,45 newton tolóerő egyenlő 1 font tolóerővel. Egy font tolóerő az a tolóerő, amely ahhoz szükséges, hogy egy egykilós tárgy a földi gravitációs erővel szemben ne mozduljon el.
Egy Estes A10-PT rakétamotor tolóerejének görbéje. A tolóerő-görbe megmutatja, hogy a motor mennyi tolóerőt (newtonban) termel az idő (másodpercben) alatt. Ez információt tartalmaz az impulzusról, az üzemanyag mennyiségéről és a fajlagos impulzusról is.
Tolóerő a teljesítményhez képest
Nagyon gyakori kérdés, hogy hogyan lehet összehasonlítani egy repülőgépmotor tolóerejét egy dugattyús motor mechanikai teljesítményével (ez a fajta motor van az autókban és sok légcsavaros repülőgépben). Ezt a kettőt nehéz összehasonlítani. Ennek az az oka, hogy nem ugyanazt a pontos dolgot mérik. A dugattyús motor nem mozgatja a repülőgépet. Csak a légcsavart forgatja, amely mozgatja a repülőgépet. Emiatt a dugattyús motorokat aszerint értékelik, hogy mekkora teljesítményt adnak le a légcsavarnak.
A sugárhajtóműnek azonban nincs légcsavarja - a repülőgépet a forró levegő mozgatásával tolja maga mögött. A sugárhajtómű teljesítményének mérésére az a hasznos módszer, hogy a sugárhajtómű mekkora teljesítményt ad a repülőgépnek a tolóerő révén. Ezt nevezzük a sugárhajtómű "meghajtóerejének". A teljesítmény azt jelenti, hogy mekkora erő szükséges ahhoz, hogy valamit egy bizonyos távolságon keresztül elmozdítsunk, osztva a távolság megtételéhez szükséges idővel:
P = F d t {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}}} 
,
Ahol P a teljesítmény, F az erő, d a távolság és t az idő. Egy rakéta- vagy sugárhajtómű esetében az erő megegyezik a hajtómű által termelt tolóerővel. Az idővel osztott távolságot sebességnek is nevezik. Tehát a teljesítmény megegyezik a tolóerő és a sebesség szorzatával.
P = T v {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {T} {v}} 
,
Ahol T a tolóerő és v a sebesség. Ez a motor által egy bizonyos tolóerő vagy sebesség mellett leadott teljesítmény. A sugárhajtóművek meghajtóereje a sebességgel együtt nő.
Tolóerő a tömeghez képest
Amikor egy rakéta vagy hajtómű tolóerejét a tömeghez viszonyítjuk, akkor azt tolóerő-súly aránynak nevezzük. Az ebből az összehasonlításból származó számnak nincsenek mértékegységei, mert ez egy arányszám. Az arány ebben az esetben azt jelenti, hogy a hajtómű tolóerejét (newtonban) elosztjuk a tömeggel (newtonban). Ennek az összehasonlításnak az a célja, hogy megmutassa, milyen jól teljesít a motor vagy a jármű, például mekkora a gyorsulás. Ez egy olyan szám, amely különböző típusú motorok, például repülőgépmotorok, sugárhajtóművek, rakétamotorok vagy autómotorok összehasonlítására használható.
Ez az összehasonlítási szám a motor működése közben változhat. Ennek oka, hogy a motor súlya az üzemanyag felhasználásával egyre kisebb lesz. A motorok tényleges összehasonlításához a tolóerő-súly arányt a motor első indításakor talált számmal kell összehasonlítani.
A tolóerőt az Egyesült Államokban "font tolóerőben", a metrikus rendszerben pedig newtonban mérik. 4,45 newton tolóerő egyenlő 1 font tolóerővel. Egy font tolóerő az a tolóerő, amely ahhoz szükséges, hogy egy egykilós tárgy a földi gravitációs erővel szemben ne mozduljon el.
Példák
A repülőgép akkor fejt ki előretoló tolóerőt, amikor a levegőt a repüléssel ellentétes irányba tolja. A tolóerőt a légcsavar forgó lapátjai adják. A tolóerőt a sugárhajtómű hátuljából a levegőt kinyomó forgó ventilátor is létrehozhatja. Egy másik módszer a rakétahajtóműből kilövellő forró gázok.
A fordított tolóerő az előre irányuló tolóerő ellentéte. Ily módon a levegőt a test mozgásával megegyező módon toljuk. A fordított tolóerőt a leszállás utáni fékezés segítésére lehet használni. Ez történhet a tolóerő átirányításával egy turbóventilátoros vagy sugárhajtóműben, vagy a légcsavaros repülőgépek lapátjainak szögének megváltoztatásával.
A madarak általában szárnycsapkodással érik el a tolóerőt repülés közben.
A motorral felszerelt hajó tolóerőt vagy fordított tolóerőt fejt ki, amikor a hajócsavarok forgatásával a vizet hátrafelé (vagy előre) tolja. Az így keletkező tolóerő a víztől ellentétes irányba tolja a hajót.
A rakétát akkora tolóerő löki előre, mint amekkora erőt a kipufogógáz a rakéta fúvókájából kilépve kifejt. A kipufogógáz által kifejtett erőt nevezzük kipufogógázsebességnek. A sebességet a rakétához képest mérjük. Ahhoz, hogy egy rakéta függőleges indítása működjön, az indító tolóerőnek nagyobbnak kell lennie, mint a rakéta súlya.
| Motor | Tolóerő (N) | Tolóerő-súly arány |
| F-15C Eagle | 155,240 | 1.12 |
| F-16 Fighting Falcon | 76,300 | 1.095 |
| J-58 (SR-71 Blackbird sugárhajtómű) | 150,000 | 5.2 |
| Boeing 747-400 (hajtóművek) | 1,008,000 | 6.3 |
| F-1 (Saturn V első fokozatú rakétahajtómű) | 7,740,500 | 94.1 |
| Tolóerő és tolóerő/tömeg arányok több motor esetében | ||
Egy légtérszárny keresztmetszetére ható erők
Kérdések és válaszok
Q: Mi az a tolóerő?
V: A tolóerő olyan erő vagy lökés, amely akkor lép fel, amikor egy rendszer egy irányba tolja vagy gyorsítja a tömeget, ami az ellenkező irányban ugyanolyan nagy erőt eredményez.
K: Hogyan írják le a tolóerőt a matematikában és a fizikában?
V: Isaac Newton második és harmadik törvénye leírja a tolóerő fogalmát a matematikában és a fizikában.
K: Milyen típusú járművekre és motorokra vonatkozik a tolóerő?
V: A tolóerő sokféle járműre és motorra vonatkozik, például rakétákra, motorcsónakokra, légcsavarokra és sugárhajtóművekre.
K: Hogyan mérik jellemzően a tolóerőt az Egyesült Államokban?
V: A tolóerőt az USA-ban "font tolóerőben" mérik.
K: Hogyan mérik a tolóerőt a metrikus rendszerben?
V: A metrikus rendszerben a tolóerőt newtonban mérik.
K: Hány newton tolóerő felel meg egy font tolóerőnek?
V: 4,45 newton tolóerő egyenlő 1 font tolóerővel.
K: Mit jelent egy font tolóerő?
V: Egy font tolóerő azt a tolóerőt jelenti, amely ahhoz szükséges, hogy egy egykilós tárgy a Földön a gravitációs erővel szemben ne mozduljon el.
