استخدام قانون نيوتن الثالث لشرح كيفية تسارع الصاروخ

أحدثت قوانين الحركة الثلاثة للسير إسحاق نيوتن ، والتي تشكل جزءًا كبيرًا من أسس الفيزياء الكلاسيكية ، ثورة في العلم عندما نشرها في عام 1686. ينص القانون الأول على أن كل شيء يبقى في حالة سكون أو متحرك ما لم تعمل عليه قوة. يوضح القانون الثاني لماذا القوة هي نتاج كتلة الجسم وتسارعه. القانون الثالث ، المألوف لأي شخص في أي وقت مضى في حادث تصادم ، يشرح لماذا الصواريخ تعمل.

ينص قانون نيوتن الثالث ، الذي تم ذكره في اللغة الحديثة ، على أن كل فعل له رد فعل متساوٍ ومعاكس. على سبيل المثال ، عندما تخرج من قارب ، فإن القوة التي تمارسها قدمك على الأرض تدفعك للأمام بينما تمارس في نفس الوقت قوة متساوية على القارب في الاتجاه المعاكس. نظرًا لأن قوة الاحتكاك بين القارب والماء ليست كبيرة مثل القوة بين الحذاء والأرض ، فإن القارب يتسارع بعيدًا عن الرصيف. إذا نسيت حساب رد الفعل هذا في تحركاتك وتوقيتك ، فقد ينتهي بك الأمر في الماء.

يتم توفير القوة التي تدفع الصاروخ من خلال احتراق وقود الصاروخ. عندما يتحد الوقود مع الأكسجين ، فإنه ينتج غازات يتم توجيهها من خلال فوهات العادم الموجودة في الجزء الخلفي من جسم الطائرة ، ويتسارع كل جزيء ينبثق بعيدًا عن الصاروخ. يتطلب قانون نيوتن الثالث أن يكون هذا التسارع مصحوبًا بتسارع مماثل للصاروخ في الاتجاه المعاكس. إن التسارع المشترك لجميع جزيئات الوقود المؤكسد عند خروجها من فوهات الصاروخ يخلق قوة الدفع التي تسرع وتدفع الصاروخ.

إذا ظهر جزيء واحد فقط من غاز العادم من الذيل ، فلن يتحرك الصاروخ ، لأن القوة التي يبذلها الجزيء ليست كافية للتغلب على القصور الذاتي للصاروخ. من أجل جعل الصاروخ يتحرك ، يجب أن يكون هناك العديد من الجزيئات ، ويجب أن يكون لديهم تسارع كافٍ ، كما تحدده سرعة الاحتراق وتصميم الدفاعات. يستخدم علماء الصواريخ قانون نيوتن الثاني لحساب الدفع المطلوب لتسريع الصاروخ وإرساله في مساره المخطط ، والذي قد يتضمن أو لا يتضمن الهروب من جاذبية الأرض والذهاب إلى الفضاء.

التفكير مثل عالم الصواريخ ينطوي على معرفة كيفية التغلب على القوى التي تمنع الصاروخ من التحرك - في المقام الأول الجاذبية والسحب الديناميكي الهوائي - مع الاستخدام الأكثر كفاءة للوقود. من بين العوامل ذات الصلة وزن الصاروخ - بما في ذلك حمولته - الذي يتناقص مع استخدام الصاروخ للوقود. ولتعقيد الحسابات ، تزداد قوة السحب مع زيادة سرعة الصاروخ ، بينما تتناقص في نفس الوقت عندما يصبح الغلاف الجوي أرق. لحساب القوة الدافعة للصاروخ ، عليك أن تأخذ في الحسبان ، من بين أمور أخرى ، خصائص احتراق الوقود وحجم كل فتحة فوهة.