Sir Isaac Newtons tre love om bevægelse, som udgør meget af grundlaget for klassisk fysik, revolutionerede videnskaben, da han offentliggjorde dem i 1686. Den første lov siger, at hvert objekt forbliver i ro eller i bevægelse, medmindre en kraft virker på det. Den anden lov viser, hvorfor kraft er et produkt af kroppens masse og dens acceleration. Den tredje lov, der er kendt for alle, der nogensinde har været i en kollision, forklarer, hvorfor raketter fungerer.
Newtons tredje lov
Angivet på moderne sprog siger Newtons tredje lov, at enhver handling har en lige og modsat reaktion. For eksempel, når du træder ud af en båd, styrker din fod på gulvet dig fremad, mens du samtidig udøver en lige stor kraft på båden i den modsatte retning. Fordi friktionskraften mellem båden og vandet ikke er så stor som den mellem din sko og gulvet, accelererer båden væk fra kajen. Hvis du glemmer at redegøre for denne reaktion i dine bevægelser og timing, kan du ende i vandet.
Rocket Thrust
Kraften, der driver en raket, tilvejebringes ved forbrænding af raketens brændstof. Da brændstoffet kombineres med ilt, producerer det gasser, der ledes gennem udstødningsdyser bag på skroget, og hvert molekyle, der kommer frem, accelererer væk fra raketten. Newtons tredje lov kræver, at denne acceleration ledsages af en tilsvarende acceleration af raketten i den modsatte retning. Den kombinerede acceleration af alle molekylerne af oxideret brændstof, når de kommer ud af raketens dyser, skaber det tryk, der fremskynder og fremdriver raketten.
Anvendelse af Newtons anden lov
Hvis kun et molekyle udstødningsgas skulle komme ud af halen, ville raketten ikke bevæge sig, fordi den kraft, der udøves af molekylet, ikke er nok til at overvinde raketens inerti. For at få raketten til at bevæge sig, skal der være mange molekyler, og de skal have tilstrækkelig acceleration som bestemt af forbrændingshastigheden og thrusterernes design. Raketforskere bruger Newtons anden lov til at beregne det krævede tryk for at fremskynde raketten og sende det på sin planlagte bane, som måske eller ikke indebærer at undslippe Jordens tyngdekraft og gå ud i rummet.
Hvordan man tænker som en raketforsker
At tænke som en raketforsker involverer at finde ud af, hvordan man kan overvinde kræfterne, der forhindrer en raket i at bevæge sig - primært tyngdekraften og den aerodynamiske træk - med den mest effektive anvendelse af brændstof. Blandt de relevante faktorer er vægten af raketten - inklusive dens nyttelast - der falder, når raketten bruger brændstof. Ved at komplicere beregningerne øges trækkraften, når raketten øges, mens den samtidig falder, når atmosfæren bliver tyndere. For at beregne kraften, der driver raketten, skal du blandt andet indregne brændstofets forbrændingsegenskaber og størrelsen på hver dyseåbning.