Oberth effect
விண்வெளி அறிவியலில், ஒரு சக்திவாய்ந்த ஃப்ளைபை அல்லது ஓபர்ட் சூழ்ச்சி என்பது ஒரு விண்கலம் ஈர்ப்பு கிணற்றில் விழுந்து, பின்னர் அதன் இயந்திரங்களைப் பயன்படுத்தி அது விழும்போது மேலும் முடுக்கிவிடுவதன் மூலம் கூடுதல் வேகத்தை அடைகிறது. இதன் விளைவாக ஏற்படும் சூழ்ச்சி ஒரு ஈர்ப்பு கிணற்றுக்கு வெளியே அதே உந்துவிசையைப் பயன்படுத்துவதை விட இயக்க ஆற்றலைப் பெறுவதற்கான மிகவும் திறமையான வழியாகும். செயல்திறனின் ஆதாயம் ஓபர்ட் விளைவால் விளக்கப்படுகிறது, இதில் அதிக வேகத்தில் ஒரு எதிர்வினை இயந்திரத்தைப் பயன்படுத்துவது குறைந்த வேகத்தில் பயன்படுத்துவதை விட இயந்திர ஆற்றலில் அதிக மாற்றத்தை உருவாக்குகிறது. நடைமுறையில், இதன் பொருள் என்னவென்றால், ஒரு விண்கலம் அதன் எரிபொருளை எரிப்பதற்கான மிகவும் ஆற்றல்-திறமையான முறை அதன் சுற்றுப்பாதை திசைவேகம் (எனவே, அதன் இயக்க ஆற்றல்) மிகப்பெரியதாக இருக்கும்போது, மிகக் குறைந்த சுற்றுப்பாதை பெரியாப்சிஸில் உள்ளது. சில சந்தர்ப்பங்களில், ஓபர்ட் விளைவின் செயல்திறனைப் பயன்படுத்திக் கொள்ள விண்கலத்தை ஈர்ப்பு கிணறாக மெதுவாக்குவதற்கு எரிபொருளைச் செலவழிப்பது கூட மதிப்புக்குரியது. 1927 ஆம் ஆண்டில் அவற்றை முதன்முதலில் விவரித்த நபரின் பெயரால் இந்த சூழ்ச்சி மற்றும் விளைவு பெயரிடப்பட்டுள்ளது, டிரான்சில்வேனியன் சாக்சன் இயற்பியலாளரும் நவீன ராக்கெட்டுகளை நிறுவியவருமான ஹெர்மன் ஓபர்ட். வாகனம் ஒரு குறுகிய காலத்திற்கு மட்டுமே பெரியாப்சிஸுக்கு அருகில் இருப்பதால், ஓபர்ட் சூழ்ச்சி மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்க, வாகனம் குறுகிய காலத்தில் முடிந்தவரை அதிக உந்துதலை உருவாக்க முடியும். இதன் விளைவாக ஓபர்ட் சூழ்ச்சி திரவ-உந்துவிசை ராக்கெட்டுகள் போன்ற உயர்-உந்துவிசை ராக்கெட் என்ஜின்களுக்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும், மேலும் அயனி இயக்கிகள் போன்ற குறைந்த-உந்துவிசை எதிர்வினை என்ஜின்களுக்கு குறைவான பயனுள்ளதாக இருக்கும், அவை வேகத்தைப் பெற நீண்ட நேரம் எடுக்கும். ஓபர்ட் விளைவு பல நிலை ராக்கெட்டுகளின் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்ளவும் பயன்படுத்தப்படலாம்ஃ மேல் நிலை அது கொண்டு செல்லும் உந்துசக்திகளின் மொத்த இரசாயன ஆற்றலை விட மிகவும் பயன்படுத்தக்கூடிய இயக்க ஆற்றலை உருவாக்க முடியும். சம்பந்தப்பட்ட ஆற்றல்களைப் பொறுத்தவரை, ஓபர்ட் விளைவு அதிக வேகத்தில் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும், ஏனெனில் அதிக வேகத்தில் உந்துசக்தி அதன் வேதியியல் ஆற்றல் ஆற்றலுடன் கூடுதலாக குறிப்பிடத்தக்க இயக்க ஆற்றலையும் கொண்டுள்ளது. அதிக வேகத்தில் வாகனம் உந்துசக்தியின் இயக்க ஆற்றலில் அதிக மாற்றத்தை (குறைப்பு) பயன்படுத்த முடியும் (ஏனெனில் அது பின்னோக்கி தீர்ந்துவிடுகிறது, எனவே குறைந்த வேகத்தில் எனவே இயக்க ஆற்றலைக் குறைக்கிறது) வாகனத்தின் இயக்க ஆற்றலில் அதிக அதிகரிப்பை உருவாக்குகிறது. வேகம் மற்றும் இயக்க ஆற்றல் அடிப்படையில் விளக்கம் ஒரு ராக்கெட் அதன் உந்துசக்திக்கு வேகத்தை மாற்றுவதன் மூலம் செயல்படுகிறது. ஒரு நிலையான வெளியேற்ற வேகத்தில், இது உந்துசக்தியின் ஒரு யூனிட்டுக்கு ஒரு நிலையான அளவு வேகமாக இருக்கும். கொடுக்கப்பட்ட ராக்கெட்டின் வெகுஜனத்திற்கு (மீதமுள்ள உந்துசக்தி உட்பட), இது உந்துசக்தியின் ஒரு யூனிட்டுக்கு வேகத்தில் ஒரு நிலையான மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. இயக்க ஆற்றல் mv2/2 க்கு சமமாக இருப்பதால், வேகத்தில் இந்த மாற்றம் குறைந்த வேகத்தில் இருப்பதை விட அதிக வேகத்தில் இயக்க ஆற்றலில் அதிக அதிகரிப்பை அளிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, 2 கிலோ ராக்கெட்டைக் கருத்தில் கொண்டால்ஃ 1 மீ/வி வேகத்தில், ராக்கெட் 12 = 1 ஜே இயக்க ஆற்றலுடன் தொடங்குகிறது. 1 மீ/வி சேர்ப்பது இயக்க ஆற்றலை 22 = 4 ஜே ஆக அதிகரிக்கிறது, 3 ஜே ஆதாயத்திற்கு; 10 மீ/வி இல், ராக்கெட் 102 = 100 ஜே இயக்க ஆற்றலுடன் தொடங்குகிறது. 1 மீ/வி சேர்ப்பது இயக்க ஆற்றலை 112 = 121 ஜே ஆக அதிகரிக்கிறது, 21 ஜே ஆதாயத்திற்கு. இயக்க ஆற்றலில் இந்த பெரிய மாற்றம் பின்னர் உந்துசக்தி குறைந்த வேகத்தில் எரிக்கப்பட்டதை விட ஈர்ப்பு விசையில் ராக்கெட்டை அதிகமாக எடுத்துச் செல்ல முடியும். வேலை செய்யும் ராக்கெட் என்ஜின்களின் விவரம், அவற்றின் வேகத்தைப் பொருட்படுத்தாமல் அதே சக்தியை உருவாக்குகிறது. ஒரு நிலையான பொருளின் மீது செயல்படும் ஒரு ராக்கெட், ஒரு நிலையான துப்பாக்கிச் சூட்டைப் போல, எந்த பயனுள்ள வேலையையும் செய்யாது; ராக்கெட்டின் சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றல் முற்றிலும் அதன் உந்துசக்தியை வெளியேற்ற வடிவில் துரிதப்படுத்த செலவிடப்படுகிறது. ஆனால் ராக்கெட் நகரும் போது, அதன் உந்துதல் அது நகரும் தூரத்தின் வழியாக செயல்படுகிறது. தூரத்தால் பெருக்கப்படும் விசை என்பது இயந்திர ஆற்றல் அல்லது வேலையின் வரையறையாகும். எனவே எரியும் போது ராக்கெட் மற்றும் பேலோட் மேலும் நகரும் (அதாவது. அவை எவ்வளவு வேகமாக நகர்கின்றன), ராக்கெட் மற்றும் அதன் பேலோடுக்கு அதிக இயக்க ஆற்றல் வழங்கப்படுகிறது மற்றும் அதன் வெளியேற்றத்திற்கு குறைவாக உள்ளது. இது பின்வருமாறு காட்டப்பட்டுள்ளது. ராக்கெட்டில் செய்யப்படும் இயந்திர வேலை இயந்திரத்தின் உந்துவிசையின் விசை மற்றும் எரியும் போது அது பயணிக்கும் இடப்பெயர்ச்சி ஆகியவற்றின் புள்ளி தயாரிப்பு என வரையறுக்கப்படுகிறது. குறிப்பிட்ட ஆற்றலின் அடிப்படையில் இதை வெளிப்படுத்த உடனடி வெகுஜனத்தால் வகுத்தால் முடுக்கம் திசையன் இருக்கும் இடத்தைப் பெறுகிறோம். இவ்வாறு ராக்கெட்டின் ஒவ்வொரு பகுதியின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலின் ஆதாய விகிதம் வேகத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருப்பதைக் காணலாம், மேலும் இதைக் கருத்தில் கொண்டு, ராக்கெட்டின் குறிப்பிட்ட ஆற்றலின் ஒட்டுமொத்த அதிகரிப்பைக் கணக்கிட சமன்பாட்டை ஒருங்கிணைக்க (எண்ணியல் ரீதியாகவோ அல்லது வேறுவிதமாகவோ) முடியும். எரியும் காலம் குறைவாக இருந்தால், மேலே உள்ள ஆற்றல் சமன்பாட்டை ஒருங்கிணைப்பது பெரும்பாலும் தேவையற்றது. பெரியாப்சிஸ் அல்லது பிற இடங்களுக்கு அருகில் உள்ள இரசாயன ராக்கெட் என்ஜின்களின் குறுகிய தீக்காயங்கள் பொதுவாக கணித ரீதியாக மனக்கிளர்ச்சி தீக்காயங்களாக வடிவமைக்கப்படுகின்றன, அங்கு இயந்திரத்தின் சக்தி எரியும் போது வாகனத்தின் ஆற்றலை மாற்றக்கூடிய வேறு எந்த சக்திகளையும் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு வாகனம் எந்த சுற்றுப்பாதையிலும் (மூடிய அல்லது தப்பிக்கும் சுற்றுப்பாதைகள்) பெரியாப்சிஸை நோக்கி விழும்போது, மையப் பொருளுடன் தொடர்புடைய வேகம் அதிகரிக்கிறது. பெரியாப்சிஸில் இயந்திரத்தை சுருக்கமாக எரிப்பது (ஒரு "மனக்கிளர்ச்சி எரியும்") முன்னேற்றம் வேறு எந்த நேரத்திலும் () அதே அதிகரிப்பால் வேகத்தை அதிகரிக்கிறது. இருப்பினும், வாகனத்தின் இயக்க ஆற்றல் அதன் வேகத்தின் சதுரத்துடன் தொடர்புடையது என்பதால், வேகத்தின் இந்த அதிகரிப்பு வாகனத்தின் இயக்க ஆற்றலில் ஒரு நேரியல் அல்லாத விளைவைக் கொண்டுள்ளது, இது வேறு எந்த நேரத்திலும் எரிக்கப்பட்டதை விட அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு பரவளைய சுற்றுப்பாதைக்கான ஓபர்த் கணக்கீடு ஒரு பரவளைய சுற்றுப்பாதையில் பெரியாப்சிஸில் ஒரு உந்துவிசை எரிப்பு நிகழ்த்தப்பட்டால், எரிவதற்கு முன் பெரியாப்சிஸில் உள்ள திசைவேகம் தப்பிக்கும் திசைவேகத்திற்கு (வெஸ்க்) சமமாக இருக்கும், மேலும் எரிப்புக்குப் பிறகு குறிப்பிட்ட இயக்க ஆற்றல் இருக்கும். வாகனம் ஈர்ப்பு விசையை விட்டு வெளியேறும்போது, குறிப்பிட்ட இயக்க ஆற்றலின் இழப்பு, ஈர்ப்பு விசைக்கு வெளியே எரியும் ஆற்றலை விட பெரிய ஆற்றலைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது () மூலம் வாகனம் ஈர்ப்பு விசையை நன்கு விட்டுவிட்டால், அது ஒரு வேகத்தில் பயணிக்கிறது. பரவளைய உதாரணம் ஒரு எரிப்பின் தொடக்கத்தில் வாகனம் v வேகத்தில் பயணித்தால், அது வேகத்தை αv ஆல் மாற்றுகிறது, பின்னர் புதிய சுற்றுப்பாதையின் காரணமாக குறிப்பிட்ட சுற்றுப்பாதை ஆற்றலில் (SOE) ஏற்படும் மாற்றம் விண்கலம் மீண்டும் கிரகத்திலிருந்து வெகு தொலைவில் இருந்தால், SOE முற்றிலும் இயக்கமாக இருக்கும், ஏனெனில் ஈர்ப்பு ஆற்றல் பூஜ்ஜியத்தை நெருங்குகிறது. எனவே, எரியும் நேரத்தில் வி எவ்வளவு பெரியதாக இருக்கிறதோ, இறுதி இயக்க ஆற்றல் அவ்வளவு அதிகமாகவும், இறுதி வேகம் அதிகமாகவும் இருக்கும். இந்த விளைவு மையப் பொருளுக்கு நெருக்கமாக இருக்கும்போது, அல்லது பொதுவாக, வேகம் அதிகமாக இருப்பதால், எரியும் ஈர்ப்பு விசை ஆற்றலில் ஆழமாக உள்ளது. எனவே ஒரு விண்கலம் வினாடிக்கு 50 கிமீ வேகத்தில் வியாழனின் பரவளைய பறக்கும் பாதையில் இருந்தால், வினாடிக்கு 5 கிமீ வேகத்தில் எரிந்தால், அதிக தூரத்தில் இறுதி திசைவேகம் 22.9 கிமீ/வி என்று மாறிவிடும், இது தீக்காயத்தின் பெருக்கத்தைக் கொடுக்கும் 4.58 மடங்கு. முரண்பாடு ராக்கெட் இலவசமாக ஆற்றலைப் பெறுகிறது என்று தோன்றலாம், இது ஆற்றல் பாதுகாப்பை மீறும். இருப்பினும், ராக்கெட்டின் இயக்க ஆற்றலுக்கான எந்தவொரு ஆதாயமும் வெளியேற்றத்தில் எஞ்சியிருக்கும் இயக்க ஆற்றலின் ஒப்பீட்டளவில் குறைவதால் சமநிலைப்படுத்தப்படுகிறது (வெளியேற்றத்தின் இயக்க ஆற்றல் இன்னும் அதிகரிக்கலாம், ஆனால் அது அவ்வளவு அதிகரிக்காது). இதை நிலையான துப்பாக்கிச் சூடு நிலைமையுடன் ஒப்பிடுங்கள், அங்கு இயந்திரத்தின் வேகம் பூஜ்ஜியத்தில் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது. இதன் பொருள் என்னவென்றால், அதன் இயக்க ஆற்றல் அதிகரிக்காது, மேலும் எரிபொருளால் வெளியிடப்படும் அனைத்து இரசாயன ஆற்றலும் வெளியேற்றத்தின் இயக்க ஆற்றலாக (மற்றும் வெப்பமாக) மாற்றப்படுகிறது. மிக அதிக வேகத்தில் ராக்கெட்டுக்கு வழங்கப்படும் இயந்திர சக்தி உந்துசக்தியின் எரிப்பில் விடுவிக்கப்பட்ட மொத்த சக்தியை விட அதிகமாக இருக்கலாம்; இது ஆற்றல் பாதுகாப்பை மீறுவதாகத் தோன்றலாம். ஆனால் வேகமாக நகரும் ராக்கெட்டில் உள்ள உந்துசக்திகள் வேதியியல் ரீதியாக மட்டுமல்லாமல், அவற்றின் சொந்த இயக்க ஆற்றலிலும் ஆற்றலைக் கொண்டு செல்கின்றன, இது வினாடிக்கு சில கிலோமீட்டருக்கும் அதிகமான வேகத்தில் வேதியியல் கூறுகளை விட அதிகமாக உள்ளது. இந்த உந்துசக்திகள் எரிக்கப்படும்போது, இந்த இயக்க ஆற்றலில் சிலவற்றை எரிப்பதன் மூலம் வெளியிடப்படும் இரசாயன ஆற்றலுடன் ராக்கெட்டுக்கு மாற்றப்படுகிறது. எனவே ஓபர்ட் விளைவு ராக்கெட்டின் விமானத்தின் ஆரம்பத்தில் மெதுவாக மட்டுமே நகரும் போது மிகக் குறைந்த செயல்திறனை ஓரளவு ஈடுசெய்ய முடியும். விமானத்தின் தொடக்கத்தில் ஒரு ராக்கெட் செய்யும் பெரும்பாலான வேலைகள் இன்னும் எரிக்கப்படாத உந்துசக்தியின் இயக்க ஆற்றலில் "முதலீடு" செய்யப்படுகின்றன, அதன் ஒரு பகுதி அவை எரிக்கப்படும்போது பின்னர் வெளியிடப்படும். இரு நீள்வட்ட பரிமாற்ற ஈர்ப்பு உதவி உந்துவிசை செயல்திறன் குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் ஓபர்ட் விளைவு ஜெஃப்ரி லாண்டிஸின் விளைவின் விளக்கத்தையும் பார்க்கவும். மேலே மேற்கோள் காட்டப்பட்ட பிளாங்கோ மற்றும் முங்கன் காகிதத்திலிருந்து சுற்றுப்பாதையில் ஓபர்ட் விளைவின் ராக்கெட் உந்துவிசை, கிளாசிக்கல் சார்பியல் மற்றும் ஓபர்ட் விளைவு அனிமேஷன் (எம்பி 4). ஏரோஸ்பேஸ் இன்ஜினியரிங் ராக்கெட்ரி ஆஸ்ட்ரோடினமிக்ஸ்