Tiga Hukum Gerak Sir Isaac Newton, yang membentuk banyak dasar fisika klasik, merevolusi sains ketika ia menerbitkannya pada tahun 1686. Hukum I menyatakan bahwa setiap benda tetap diam atau bergerak kecuali ada gaya yang bekerja padanya. Hukum Kedua menunjukkan mengapa gaya adalah produk dari massa tubuh dan percepatannya. Hukum Ketiga, akrab bagi siapa saja yang pernah bertabrakan, menjelaskan mengapa roket bekerja.
Hukum III Newton
Dinyatakan dalam bahasa modern, Hukum Ketiga Newton mengatakan setiap aksi memiliki reaksi yang sama besar dan berlawanan arah. Misalnya, ketika Anda melangkah keluar dari perahu, gaya yang diberikan kaki Anda di lantai mendorong Anda ke depan sementara pada saat yang sama mengerahkan gaya yang sama pada perahu ke arah yang berlawanan. Karena gaya gesekan antara perahu dan air tidak sebesar gaya gesekan antara sepatu Anda dan lantai, perahu berakselerasi menjauh dari dok. Jika Anda lupa memperhitungkan reaksi ini dalam gerakan dan waktu Anda, Anda bisa berakhir di air.
Dorongan Roket
Kekuatan yang mendorong roket disediakan oleh pembakaran bahan bakar roket. Saat bahan bakar bergabung dengan oksigen, ia menghasilkan gas yang diarahkan melalui saluran pembuangan di bagian belakang badan pesawat, dan setiap molekul yang muncul berakselerasi menjauh dari roket. Hukum III Newton mengharuskan percepatan ini disertai dengan percepatan yang sesuai dari roket dalam arah yang berlawanan. Percepatan gabungan dari semua molekul bahan bakar teroksidasi saat mereka muncul dari nozel roket menciptakan daya dorong yang mempercepat dan mendorong roket.
Menerapkan Hukum Kedua Newton
Jika hanya satu molekul gas buang yang muncul dari ekor, roket tidak akan bergerak, karena gaya yang diberikan oleh molekul tidak cukup untuk mengatasi kelembaman roket. Untuk membuat roket bergerak, harus ada banyak molekul, dan mereka harus memiliki percepatan yang cukup, seperti yang ditentukan oleh kecepatan pembakaran dan desain pendorong. Ilmuwan roket menggunakan Hukum Kedua Newton untuk menghitung gaya dorong yang diperlukan untuk mempercepat roket dan mengirim itu pada lintasan yang direncanakan, yang mungkin atau mungkin tidak melibatkan melarikan diri dari gravitasi bumi dan pergi ke luar angkasa.
Cara Berpikir Seperti Ilmuwan Roket
Berpikir seperti ilmuwan roket melibatkan mencari cara untuk mengatasi gaya yang mencegah roket bergerak -- terutama gravitasi dan hambatan aerodinamis -- dengan penggunaan bahan bakar yang paling efisien. Di antara faktor-faktor yang relevan adalah berat roket - termasuk muatannya - yang berkurang karena roket menggunakan bahan bakar. Memperumit perhitungan, gaya hambat meningkat seiring kecepatan roket, sementara pada saat yang sama gaya hambat berkurang seiring menipisnya atmosfer. Untuk menghitung gaya yang mendorong roket, Anda perlu mempertimbangkan, antara lain, karakteristik pembakaran bahan bakar dan ukuran setiap bukaan nosel.