Masa de trabajo

La masa de trabajo , también conocida como masa de reacción , es la masa contra la cual 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 proyecta 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, según la fórmula P = mv, donde P es el momento, m la masa y v la velocidad. La velocidad de un cuerpo es fácilmente modificable, pero en la mayoría de los casos la masa no lo es, lo que la hace importante. La masa de trabajo de un combustible se puede determinar mediante cálculo matemático. ^{[ 1 ]}

En los cohetes, el cambio total de velocidad se puede calcular (utilizando la ecuación del cohete de Tsiolkovsky ) ^{[ 2 ] [ 3 ]} 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 operativa.
• m = masa total expulsada del barco (masa de trabajo).

Los términos masa de trabajo o masa de reacción se utilizan principalmente en los campos aeroespacial , aeronáutico y astronáutico . ^{[ 4 ]} En ejemplos más «terrenales», la masa de trabajo suele ser proporcionada por la Tierra, que contiene tanto momento en comparación con la mayoría de los vehículos que la cantidad que gana o pierde puede ignorarse. 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 cohete 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 mayores mediante campos eléctricos.

En muchos casos, la masa activa es independiente de la energía utilizada para acelerarla. En un automóvil, el motor proporciona potencia a las ruedas, que a su vez aceleran la Tierra hacia atrás para que el automóvil avance. Sin embargo, esto no ocurre en la mayoría de los cohetes, donde el propulsor es tanto la masa activa como la fuente de energía. Esto significa que los cohetes dejan de acelerar en cuanto se les acaba el combustible, independientemente de otras fuentes de energía que puedan tener. Esto puede ser un problema para los satélites que necesitan ser reposicionados con frecuencia, ya que limita su vida útil. En general, la velocidad de escape debe ser cercana a la velocidad de la nave para lograr una eficiencia energética óptima .

• ecuación del cohete