Newtonin kolmannen lain avulla selitetään kuinka raketti kiihtyy

Sir Isaac Newtonin kolme liikelakia, jotka muodostavat suurimman osan klassisen fysiikan perustasta, mullistivat tieteen, kun hän julkaisi ne vuonna 1686. Ensimmäisen lain mukaan jokainen esine pysyy levossa tai liikkeessä, ellei siihen kohdistu voimaa. Toinen laki osoittaa, miksi voima on kehon massan ja sen kiihtyvyyden tulos. Kolmas laki, joka on tuttu kaikille törmäyksissä olleille, selittää, miksi raketit toimivat.

Newtonin kolmannessa laissa sanotaan nykykielellä, että jokaisella toiminnalla on samanlainen ja vastakkainen reaktio. Esimerkiksi kun astut ulos veneestä, jalkasi lattialle kohdistama voima ajaa sinut eteenpäin samalla kun kohdistetaan yhtä suuri voima veneeseen vastakkaiseen suuntaan. Koska veneen ja veden välinen kitkavoima ei ole yhtä suuri kuin kengän ja lattian välillä, vene kiihtyy telakasta. Jos unohdat ottaa huomioon tämän reaktion liikkeissäsi ja ajoituksessasi, saatat päätyä veteen.

Rakettia työntävä voima saadaan raketin polttoaineen palamisesta. Kun polttoaine yhdistyy hapen kanssa, se tuottaa kaasuja, jotka ohjataan rungon takaosassa olevien pakosuuttimien läpi, ja jokainen syntyvä molekyyli kiihtyy pois raketista. Newtonin kolmas laki vaatii, että tähän kiihtyvyyteen liittyy vastaava raketin kiihdytys vastakkaiseen suuntaan. Kaikkien raketin suuttimista esiin tulevien hapetetun polttoaineen molekyylien yhdistetty kiihtyvyys luo työntövoiman, joka kiihdyttää ja ajaa rakettia.

Jos hännästä tulee vain yksi pakokaasumolekyyli, raketti ei liiku, koska molekyylin käyttämä voima ei riitä voittamaan raketin hitautta. Raketin liikkeelle saamiseksi on oltava monia molekyylejä, ja niillä on oltava riittävä kiihtyvyys, joka määritetään palamisnopeuden ja potkurien suunnittelun perusteella. Raketitutkijat käyttävät Newtonin toista lakia laskeakseen raketin kiihdyttämiseen ja lähettämiseen tarvittavan työntövoiman se suunnitellulla radallaan, johon voi liittyä tai ei välttämättä paeta maan gravitaatiosta ja mennä avaruuteen.

Rakettitieteilijän tavoin ajattelu tarkoittaa sitä, että selvitetään, kuinka voittaa raketin liikkumista estävät voimat - pääasiassa painovoima ja aerodynaaminen vastus - polttoaineen tehokkaimmalla käytöllä. Merkityksellisiä tekijöitä ovat raketin paino - mukaan lukien sen hyötykuorma -, joka pienenee, kun raketti käyttää polttoainetta. Laskutoimitukset vaikeuttavat vetovoimaa, kun raketti kiihtyy, samalla kun se pienenee, kun ilmakehä ohenee. Raketin kuljettavan voiman laskemiseksi sinun on otettava huomioon muun muassa polttoaineen palamisominaisuudet ja kunkin suuttimen aukon koko.