Tři zákony pohybu sira Isaaca Newtona, které tvoří velkou část základů klasické fyziky, způsobily revoluci ve vědě, když je vydal v roce 1686. První zákon stanoví, že každý objekt zůstává v klidu nebo v pohybu, pokud na něj nepůsobí síla. Druhý zákon ukazuje, proč je síla produktem tělesné hmotnosti a jejího zrychlení. Třetí zákon, známý každému, kdo se kdy dostal do kolize, vysvětluje, proč rakety fungují.
Newtonův třetí zákon
Newtonův třetí zákon, vyjádřený moderním jazykem, říká, že každá akce má stejnou a opačnou reakci. Například když vystupujete z lodi, síla, kterou vaše noha působí na podlahu, vás žene dopředu a současně vyvíjí stejnou sílu na loď v opačném směru. Protože třecí síla mezi lodí a vodou není tak velká jako síla mezi vaší botou a podlahou, loď zrychluje směrem od doku. Pokud zapomenete na tuto reakci ve svých pohybech a načasování, můžete skončit ve vodě.
Rocket Thrust
Síla, která pohání raketu, je poskytována spalováním paliva rakety. Jak se palivo kombinuje s kyslíkem, produkuje plyny, které jsou směrovány přes výfukové trysky na zadní části trupu, a každá molekula, která se objeví, zrychluje od rakety. Newtonův třetí zákon vyžaduje, aby toto zrychlení bylo doprovázeno odpovídajícím zrychlením rakety v opačném směru. Kombinované zrychlení všech molekul oxidovaného paliva, které vycházejí z trysek rakety, vytváří tah, který zrychluje a pohání raketu.
Uplatňování Newtonova druhého zákona
Pokud by z ocasu měla vycházet jen jedna molekula výfukového plynu, raketa by se nepohybovala, protože síla vyvíjená molekulou nestačí k překonání setrvačnosti rakety. Aby se raketa mohla pohybovat, musí existovat mnoho molekul, které musí mít dostatečné zrychlení, což je dáno rychlostí spalování a konstrukcí trysek. Raketoví vědci používají Newtonův druhý zákon k výpočtu tahu potřebného k zrychlení rakety a odeslání to na jeho plánované trajektorii, která může nebo nemusí zahrnovat únik z gravitace Země a odchod do vesmíru.
Jak myslet jako raketový vědec
Přemýšlet jako raketový vědec zahrnuje přijít na to, jak překonat síly, které brání raketě v pohybu - především gravitace a aerodynamický odpor - s nejefektivnějším využitím paliva. Mezi relevantní faktory patří hmotnost rakety - včetně jejího užitečného zatížení -, která klesá s tím, jak raketa používá palivo. Složité výpočty, síla tahu se zvyšuje s tím, jak se raketa zrychluje, zatímco se snižuje s tím, jak se atmosféra ztenčuje. Chcete-li vypočítat sílu pohánějící raketu, musíte mimo jiné zohlednit spalovací charakteristiky paliva a velikost každého otvoru trysky.