Empuje

Empuje en comparación con la potencia

Una pregunta muy común es cómo comparar el número de empuje de un motor de avión con la potencia mecánica de un motor de pistón (el tipo de motor de los coches y de muchos aviones con hélices). Es difícil comparar estos dos motores. Esto se debe a que no miden exactamente lo mismo. Un motor de pistón no mueve el avión. Sólo hace girar la hélice, que mueve el avión. Por ello, los motores de pistón se clasifican en función de la potencia que proporcionan a la hélice.

Sin embargo, un motor a reacción no tiene hélice, sino que empuja el avión moviendo aire caliente detrás de él. Una forma útil de medir la potencia de un motor a reacción es la cantidad de potencia que el motor a reacción proporciona a la aeronave a través de su fuerza de empuje. Esto se llama "potencia de propulsión del motor a reacción". La potencia es la cantidad de fuerza que se necesita para mover algo a lo largo de una distancia, dividida por el tiempo que se necesita para mover esa distancia:

P = F d t {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {F} {\frac {d}{t}} ,

Donde P es la potencia, F es la fuerza, d es la distancia y t es el tiempo. En el caso de un cohete o un motor a reacción, la fuerza es la misma que el empuje producido por el motor. La distancia dividida por el tiempo también se llama velocidad. Por tanto, la potencia es lo mismo que el empuje por la velocidad

P = T v {\displaystyle \mathbf {P} =\mathbf {T} {v}} ,

Donde T es el empuje y v es la velocidad. Es la potencia que entrega el motor a un determinado empuje o velocidad. La potencia de propulsión de un motor a reacción aumenta con su velocidad.

Empuje comparado con el peso

Cuando se compara el empuje de un cohete o un motor con el peso, se denomina relación empuje-peso. El número que resulta de esta comparación no tiene unidades, porque es una relación. Una relación en este caso significa que el empuje del motor (en newtons) se divide por el peso (en newtons). El objetivo de esta comparación es mostrar el rendimiento del motor o del vehículo, por ejemplo la aceleración. Es un número que puede utilizarse para comparar varios tipos de motores, como los de los aviones, los de los reactores, los de los cohetes o los de los coches.

Este número de comparación puede cambiar mientras el motor está en funcionamiento. Esto se debe a que el peso del motor se aligera a medida que se utiliza el combustible. La relación empuje-peso se utiliza para comparar realmente los motores es el número encontrado cuando el motor está funcionando por primera vez.

El empuje se mide en "libras de empuje" en Estados Unidos y en newtons en el sistema métrico. 4,45 newtons de empuje equivalen a 1 libra de empuje. Una libra de empuje es la cantidad de empuje que se necesita para mantener inmóvil un objeto de una libra contra la fuerza de la gravedad en la tierra.

Ejemplos

Un avión genera empuje hacia delante cuando el aire es empujado en la dirección opuesta al vuelo. El empuje lo producen las palas giratorias de una hélice. El empuje también puede producirse mediante un ventilador giratorio que empuja el aire desde la parte trasera de un motor a reacción. Otra forma es mediante la expulsión de gases calientes de un motor de cohete.

El empuje inverso es lo contrario del empuje hacia delante. De este modo, el aire es empujado de la misma manera que el movimiento del cuerpo. El empuje inverso puede utilizarse para ayudar a frenar después del aterrizaje. Esto puede hacerse redirigiendo el empuje en un motor turbofán o a reacción o cambiando el ángulo de las palas de un avión con hélice.

Las aves normalmente consiguen el empuje durante el vuelo batiendo las alas.

Una embarcación con motor produce empuje o empuje inverso cuando las hélices giran para empujar el agua hacia atrás (o hacia delante). El empuje que se produce empuja la embarcación en la dirección opuesta a la que se empuja el agua.

Un cohete es empujado hacia delante por una fuerza de empuje tan grande como la que ejercen los gases de escape al salir de la tobera del cohete. La fuerza que ejercen los gases de escape se denomina velocidad de escape. La velocidad se mide en comparación con el cohete. Para que el lanzamiento vertical de un cohete funcione, el empuje inicial debe tener más fuerza que el peso del cohete.

Motor	Empuje (N)	Relación entre empuje y peso
F-15C Eagle	155,240	1.12
F-16 Fighting Falcon	76,300	1.095
J-58 (motor del SR-71 Blackbird)	150,000	5.2
Boeing 747-400 (Motores)	1,008,000	6.3
F-1 (motor de cohete de la primera etapa de Saturno V)	7,740,500	94.1
Relación entre empuje y peso de varios motores

Fuerzas en la sección transversal de un avión