Οι τρεις νόμοι της κίνησης του Sir Isaac Newton, που αποτελούν μεγάλο μέρος της βάσης της κλασικής φυσικής, έφεραν επανάσταση στην επιστήμη όταν τους δημοσίευσε το 1686. Ο Πρώτος Νόμος δηλώνει ότι κάθε αντικείμενο παραμένει σε ηρεμία ή σε κίνηση, εκτός εάν μια δύναμη ενεργεί πάνω του. Ο δεύτερος νόμος δείχνει γιατί η δύναμη είναι το προϊόν της μάζας του σώματος και η επιτάχυνσή του. Ο Τρίτος Νόμος, γνωστός σε οποιονδήποτε έχει βρεθεί ποτέ σε σύγκρουση, εξηγεί γιατί λειτουργούν οι πύραυλοι.
Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα
Με τη σύγχρονη γλώσσα, ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Για παράδειγμα, όταν βγαίνετε από μια βάρκα, η δύναμη που ασκεί το πόδι σας στο πάτωμα σας ωθεί προς τα εμπρός ενώ ταυτόχρονα ασκεί ίση δύναμη στο σκάφος προς την αντίθετη κατεύθυνση. Επειδή η δύναμη τριβής μεταξύ του σκάφους και του νερού δεν είναι τόσο μεγάλη όσο αυτή μεταξύ του παπουτσιού σας και του δαπέδου, το σκάφος επιταχύνεται μακριά από την αποβάθρα. Εάν ξεχάσετε να εξηγήσετε αυτήν την αντίδραση στις κινήσεις και το χρονοδιάγραμμά σας, θα μπορούσατε να καταλήξετε στο νερό.
Ρόκα ώσης
Η δύναμη που ωθεί έναν πύραυλο παρέχεται από την καύση του καυσίμου του πύραυλου. Καθώς το καύσιμο συνδυάζεται με οξυγόνο, παράγει αέρια που κατευθύνονται μέσω των ακροφυσίων εξάτμισης στο πίσω μέρος της ατράκτου και κάθε μόριο που αναδύεται επιταχύνει μακριά από τον πύραυλο. Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα απαιτεί αυτή η επιτάχυνση να συνοδεύεται από αντίστοιχη επιτάχυνση του πυραύλου προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η συνδυασμένη επιτάχυνση όλων των μορίων οξειδωμένου καυσίμου καθώς αναδύονται από τα ακροφύσια του πυραύλου δημιουργεί την ώθηση που επιταχύνει και προωθεί τον πύραυλο.
Εφαρμογή του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα
Αν έβγαινε μόνο ένα μόριο καυσαερίων από την ουρά, ο πύραυλος δεν θα κινούνταν, γιατί η δύναμη που ασκείται από το μόριο δεν είναι αρκετή για να ξεπεράσει την αδράνεια του πυραύλου. Για να κινηθεί ο πύραυλος, πρέπει να υπάρχουν πολλά μόρια και πρέπει να έχουν επαρκή επιτάχυνση, όπως καθορίζεται από την ταχύτητα της καύσης και το σχεδιασμό των προωθητών. Οι επιστήμονες πυραύλων χρησιμοποιούν το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για να υπολογίσουν την ώθηση που απαιτείται για να επιταχύνουν τον πύραυλο και να στείλουν στην προγραμματισμένη πορεία της, η οποία μπορεί να περιλαμβάνει ή και να μην συνεπάγεται διαφυγή της βαρύτητας της Γης και μετάβαση στο διάστημα.
Πώς να σκέφτεσαι σαν επιστήμονας πυραύλων
Το να σκέφτεσαι σαν επιστήμονας πυραύλων περιλαμβάνει να βρεις πώς να ξεπεράσεις τις δυνάμεις που εμποδίζουν την κίνηση ενός πυραύλου - κυρίως βαρύτητας και αεροδυναμικής έλξης - με την πιο αποτελεσματική χρήση καυσίμου. Μεταξύ των σχετικών παραγόντων είναι το βάρος του πυραύλου - συμπεριλαμβανομένου του ωφέλιμου φορτίου του - το οποίο μειώνεται καθώς ο πύραυλος χρησιμοποιεί καύσιμο. Περιπλέκοντας τους υπολογισμούς, η δύναμη έλξης αυξάνεται καθώς ο πύραυλος επιταχύνεται, ενώ ταυτόχρονα μειώνεται καθώς η ατμόσφαιρα γίνεται λεπτότερη. Για να υπολογίσετε τη δύναμη που προωθεί τον πύραυλο, πρέπει να λάβετε υπόψη, μεταξύ άλλων, τα χαρακτηριστικά καύσης του καυσίμου και το μέγεθος κάθε ανοίγματος ακροφυσίου.