Tri zakona gibanja Sir Isaaca Newtona, koji čine velik dio osnove klasične fizike, revolucionirali su znanost kad ih je objavio 1686. godine. Prvi zakon kaže da svaki predmet ostaje u mirovanju ili u pokretu, osim ako na njega ne djeluje sila. Drugi zakon pokazuje zašto je sila proizvod tjelesne mase i njegovog ubrzanja. Treći zakon, poznat svima koji su ikada bili u sudaru, objašnjava zašto rakete djeluju.
Newtonov treći zakon
Izrečen modernim jezikom, Newtonov Treći zakon kaže da svaka akcija ima jednaku i suprotnu reakciju. Primjerice, kad izlazite iz čamca, sila kojom noga djeluje na pod tjera vas naprijed, dok istodobno vršite jednaku silu na čamac u suprotnom smjeru. Budući da sila trenja između čamca i vode nije tako velika kao ona između cipele i poda, čamac ubrzava od pristaništa. Ako zaboravite uzeti u obzir ovu reakciju u svojim pokretima i vremenu, mogli biste završiti u vodi.
Potisak rakete
Sila koja pokreće raketu osigurava se izgaranjem goriva rakete. Kako se gorivo kombinira s kisikom, stvara plinove koji se usmjeravaju kroz ispušne mlaznice na stražnjem dijelu trupa, a svaka molekula koja izlazi ubrzava se dalje od rakete. Newtonov treći zakon zahtijeva da ovo ubrzanje prati i odgovarajuće ubrzanje rakete u suprotnom smjeru. Kombinirano ubrzanje svih molekula oksidiranog goriva kad izlaze iz mlaznica rakete stvara potisak koji ubrzava i pokreće raketu.
Primjenjujući Newtonov drugi zakon
Kad bi iz repa izašla samo jedna molekula ispušnih plinova, raketa se ne bi pomaknula, jer sila koju molekula ne djeluje dovoljna je za prevladavanje inercije rakete. Da bi se raketa pokrenula, mora postojati mnogo molekula i one moraju imati dovoljno ubrzanje, što se određuje brzinom izgaranja i konstrukcijom potisnika. Znanstvenici rakete koriste Newtonov Drugi zakon za izračunavanje potiska potrebnog za ubrzanje rakete i slanje ona na planiranoj putanji, koja može uključivati ili ne uključivati bijeg od Zemljine gravitacije i odlazak u svemir.
Kako razmišljati poput raketnog znanstvenika
Razmišljanje poput raketnog znanstvenika uključuje smišljanje kako svladati sile koje sprječavaju kretanje rakete - prvenstveno gravitaciju i aerodinamički otpor - uz najučinkovitiju upotrebu goriva. Među relevantnim čimbenicima su težina rakete - uključujući i njen nosivost - koja se smanjuje kako raketa koristi gorivo. Komplicirajući izračune, sila vuče se povećava kako se raketa ubrzava, dok se istovremeno smanjuje kako atmosfera postaje rjeđa. Da biste izračunali silu koja pokreće raketu, između ostalog morate uzeti u obzir karakteristike izgaranja goriva i veličinu otvora svake mlaznice.