Sir Isaac Newton három mozgástörvénye, amelyek a klasszikus fizika nagy részét képezik, forradalmasította a tudományt, amikor azokat 1686-ban kiadta. Az első törvény kimondja, hogy minden tárgy nyugalomban vagy mozgásban marad, hacsak nem hat rá erő. A második törvény megmutatja, hogy az erő miért a test tömegének és gyorsulásának eredménye. A harmadik törvény, amelyet mindenki ismer, aki valaha ütközésbe került, elmagyarázza, miért működnek a rakéták.
Newton harmadik törvénye
A modern nyelvű Newton harmadik törvénye szerint minden cselekvésnek egyenlő és ellentétes reakciója van. Például, amikor kilépsz egy csónakból, a lábad által a padlón kifejtett erő előrelendít, miközben ugyanolyan erőt fejt ki a hajón az ellenkező irányba. Mivel a súrlódási erő a hajó és a víz között nem olyan nagy, mint a cipője és a padló között, a hajó felgyorsul a kikötőtől. Ha elfelejted figyelembe venni ezt a reakciót a mozdulatokban és az időzítésben, a vízbe kerülhet.
Rakéta tolóerő
A rakétát meghajtó erőt a rakéta üzemanyagának elégetése biztosítja. Amint az üzemanyag oxigénnel kombinálódik, olyan gázokat termel, amelyek a törzs hátsó részén lévő kipufogó fúvókákon keresztül irányulnak, és minden egyes felbukkanó molekula felgyorsul a rakétától. Newton harmadik törvénye előírja, hogy ezt a gyorsulást a rakéta ellenkező irányú megfelelő gyorsulásával kell kísérni. Az összes oxidált tüzelőanyag-molekula együttes gyorsulása a rakéta fúvókáiból kikerülve létrehozza azt a tolóerőt, amely felgyorsítja és meghajtja a rakétát.
Newton második törvényének alkalmazása
Ha csak egy kipufogógáz-molekula lépne ki a farokból, a rakéta nem mozdulna, mert a molekula által kifejtett erő nem elegendő a rakéta tehetetlenségének legyőzéséhez. A rakéta elmozdításához sok molekulának kell lennie, és elegendő gyorsulással kell rendelkezniük, amelyet az égés sebessége és a tolóeszközök kialakítása határoz meg. A rakétatudósok Newton második törvénye alapján kiszámítják a rakéta felgyorsításához és küldéséhez szükséges tolóerőt megtervezett pályáján, amely magában foglalhatja a Föld gravitációjától való elmenekülést és az űrbe kerülést.
Hogyan kell úgy gondolkodni, mint egy rakéta-tudós?
A rakétatudósokhoz hasonló gondolkodás magában foglalja annak kitalálását, hogy a leghatékonyabb üzemanyag-felhasználással hogyan lehet legyőzni a rakéta mozgását megakadályozó erőket - elsősorban a gravitációt és az aerodinamikai ellenállást. A lényeges tényezők között szerepel a rakéta súlya - beleértve a hasznos teherét is -, amely csökken, amikor a rakéta üzemanyagot használ. A számításokat megnehezítve a rakéta gyorsulásával növekszik a vonóerő, miközben a légkör vékonyodásával csökken. A rakétát meghajtó erő kiszámításához figyelembe kell venni többek között az üzemanyag égési jellemzőit és az egyes fúvókák nyílásainak méretét.