באמצעות החוק השלישי של ניוטון כדי להסביר כיצד רקטה מאיצה

שלושת חוקי התנועה של סר אייזק ניוטון, המהווים בסיס רב לפיזיקה הקלאסית, חוללו מהפכה במדע כשפרסם אותם בשנת 1686. החוק הראשון קובע כי כל אובייקט נשאר במנוחה או בתנועה אלא אם כן פועל עליו כוח. החוק השני מראה מדוע כוח הוא תוצר של מסת הגוף ותאוצה שלו. החוק השלישי, המוכר לכל מי שהיה אי פעם בהתנגשות, מסביר מדוע רקטות עובדות.

החוק השלישי של ניוטון נאמר בשפה מודרנית ואומר שלכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה. לדוגמא, כשאתה יוצא מהסירה, הכוח שרגלך מפעיל על הרצפה מניע אותך קדימה ובמקביל מפעיל כוח שווה על הסירה בכיוון ההפוך. מכיוון שכוח החיכוך בין הסירה למים אינו גדול כמו זה שבין הנעל לרצפה, הסירה מאיצה הרציף מהמעגן. אם תשכח להסביר את התגובה הזו בתנועות שלך ובזמן העשוי שלך, אתה עלול להגיע למים.

הכוח המניע רקטה מסופק על ידי בעירת הדלק של הרקטה. כאשר הדלק משולב עם חמצן, הוא מייצר גזים שמופנים דרך חרירי פליטה בחלק האחורי של גוף המטוס, וכל מולקולה שמגיחה מואצת מהרקטה. החוק השלישי של ניוטון מחייב שתאוצה זו תלווה בהאצה מתאימה של הרקטה בכיוון ההפוך. התאוצה המשולבת של כל מולקולות הדלק המחומצן כשהן יוצאות מחרירי הרקטה יוצרות את הדחף שמאיץ ומניע את הרקטה.

אם רק מולקולה אחת של גז פליטה תגיח מהזנב, הרקטה לא הייתה זזה מכיוון שהכוח שמפעילה המולקולה אינו מספיק בכדי להתגבר על האינרציה של הרקטה. על מנת לגרום לרקטה לנוע, חייבות להיות מולקולות רבות, והן חייבות לקבל תאוצה מספקת, כפי שנקבע על ידי מהירות הבעירה ועיצוב התנועות. מדעני רקטות משתמשים בחוק השני של ניוטון כדי לחשב את הדחף הנדרש להאצת הרקטה ושליחתה זה על מסלולו המתוכנן, שעשוי לכלול בריחה מכבידה של כדור הארץ ויציאה לחלל.

לחשוב כמו מדען רקטות כרוך להבין כיצד להתגבר על הכוחות המונעים רקטה לנוע - בעיקר כוח המשיכה והגרירה האווירודינמית - תוך שימוש יעיל ביותר בדלק. בין הגורמים הרלוונטיים ניתן למנות את משקל הרקטה - כולל מטען המטען שלה - שיורד ככל שהטיל משתמש בדלק. כשהוא מסבך את החישובים, כוח הגרירה גדל ככל שהטיל מואץ, ובמקביל הוא פוחת ככל שהאטמוספירה נהיית דקה יותר. כדי לחשב את הכוח המניע את הרקטה, עליכם להביא בין היתר למאפייני הבעירה של הדלק ולגודל כל צמצם זרבובית.