Трите закона на движението на сър Исак Нютон, които формират голяма част от основата на класическата физика, революционизират науката, когато ги публикува през 1686 г. Първият закон гласи, че всеки обект остава в покой или в движение, освен ако върху него не действа сила. Вторият закон показва защо силата е продукт на масата на тялото и неговото ускорение. Третият закон, познат на всеки, който някога е бил в сблъсък, обяснява защо ракетите работят.
Третият закон на Нютон
Изложен на съвременен език, Третият закон на Нютон казва, че всяко действие има еднаква и противоположна реакция. Например, когато излизате от лодка, силата, която кракът ви упражнява върху пода, ви тласка напред, като в същото време упражнява еднаква сила върху лодката в обратна посока. Тъй като силата на триене между лодката и водата не е толкова голяма, колкото силата между обувката и пода, лодката ускорява далеч от дока. Ако забравите да отчетете тази реакция във вашите движения и време, можете да се окажете във водата.
Ракетна тяга
Силата, която задвижва ракета, се осигурява от изгарянето на ракетното гориво. Тъй като горивото се комбинира с кислород, то произвежда газове, които се насочват през изпускателните дюзи в задната част на фюзелажа и всяка молекула, която излиза, ускорява далеч от ракетата. Третият закон на Нютон изисква това ускорение да бъде придружено от съответно ускорение на ракетата в обратна посока. Комбинираното ускорение на всички молекули окислено гориво при излизането им от дюзите на ракетата създава тягата, която ускорява и задвижва ракетата.
Прилагане на втория закон на Нютон
Ако от опашката трябваше да излезе само една молекула отработени газове, ракетата нямаше да се движи, тъй като силата, упражнявана от молекулата, не е достатъчна, за да преодолее инерцията на ракетата. За да накара ракетата да се движи, трябва да има много молекули и те да имат достатъчно ускорение, както се определя от скоростта на горене и конструкцията на тласкачите. Ракетните учени използват Втория закон на Нютон, за да изчислят тягата, необходима за ускоряване на ракетата и изпращане тя по планираната си траектория, която може да включва или не да избяга от гравитацията на Земята и да отиде в космоса.
Как да мислим като ракетолог
Мисленето като ракетен учен включва измисляне как да се преодолеят силите, които пречат на ракетата да се движи - преди всичко гравитация и аеродинамично съпротивление - с най-ефективното използване на горивото. Сред съответните фактори са теглото на ракетата - включително нейния полезен товар - което намалява, тъй като ракетата използва гориво. Усложнявайки изчисленията, силата на плъзгане се увеличава с ускоряването на ракетата, докато в същото време тя намалява, когато атмосферата става по-тънка. За да изчислите силата, задвижваща ракетата, трябва, наред с други неща, да вземете предвид характеристиките на горене на горивото и размера на всеки отвор на дюзата.