Massa kerja

Massa kerja, disebut juga massa reaksi, adalah massa yang digunakan sistem untuk menghasilkan percepatan. Dalam kasus roket kimia, misalnya, massa reaksi adalah produk dari bahan bakar yang terbakar yang ditembakkan ke belakang untuk menghasilkan tenaga penggerak. Semua percepatan memerlukan pertukaran momentum, yang dapat dianggap sebagai "satuan gerak". Momentum berhubungan dengan massa dan kecepatan, seperti yang diberikan oleh rumus P = mv, di mana P adalah momentum, m adalah massa, dan v adalah kecepatan. Kecepatan suatu benda mudah diubah, tetapi dalam sebagian besar kasus, massa tidak berubah, sehingga hal ini penting.

Roket dan mesin reaksi roket

Pada roket, perubahan kecepatan total dapat dihitung (menggunakan persamaan roket Tsiolkovsky) sebagai berikut:^[1]

Δ v = u ln ⁡ ( m + M M ) {\displaystyle \Delta \,v=u\,\ln \left({\frac {m+M}{M}}\right)} $\Delta \,v=u\,\ln \left({\frac {m+M}{M}}\right)$

Di mana:

v = kecepatan kapal.
u = kecepatan buang.
M = massa kapal, tidak termasuk massa kerja.
m = massa total yang dikeluarkan dari kapal (massa kerja).

Istilah massa kerja digunakan terutama dalam bidang kedirgantaraan. Dalam contoh-contoh yang lebih "membumi", massa kerja biasanya disediakan oleh Bumi, yang mengandung begitu banyak momentum dibandingkan dengan sebagian besar kendaraan sehingga besarnya keuntungan atau kerugiannya dapat diabaikan. Namun, dalam kasus pesawat terbang, massa kerjanya adalah udara, dan dalam kasus roket, massa kerjanya adalah bahan bakar roket itu sendiri. Kebanyakan mesin roket menggunakan bahan bakar ringan (hidrogen cair, oksigen, atau minyak tanah) yang dipercepat hingga kecepatan supersonik. Namun, mesin ion sering kali menggunakan unsur yang lebih berat seperti xenon sebagai massa reaksinya, yang dipercepat hingga kecepatan yang jauh lebih tinggi menggunakan medan listrik.

Dalam banyak kasus, massa kerja terpisah dari energi yang digunakan untuk mempercepatnya. Pada mobil, mesin memberikan tenaga pada roda, yang kemudian mempercepat bumi ke belakang sehingga membuat mobil bergerak maju. Namun hal ini tidak terjadi pada sebagian besar roket, karena propelan roket adalah massa kerja sekaligus sumber energinya. Artinya, roket akan berhenti berakselerasi segera setelah bahan bakarnya habis, apa pun sumber tenaga yang dimilikinya. Hal ini dapat menjadi masalah bagi satelit yang perlu sering diubah posisinya karena membatasi masa pakainya. Secara umum, kecepatan pembuangan harus mendekati kecepatan kapal untuk efisiensi energi yang optimal. Keterbatasan propulsi roket ini adalah salah satu motivasi utama minat terhadap teknologi propulsi lapangan.