ニュートンの第3法則を使用して、ロケットがどのように加速するかを説明する

アイザックニュートン卿の3つの運動の法則は、古典物理学の基礎の多くを形成しており、1686年に出版されたときに科学に革命をもたらしました。 第一法則は、力が作用しない限り、すべての物体は静止または運動し続けると述べています。 第二法則は、力が物体の質量とその加速度の積である理由を示しています。 衝突したことのある人なら誰でも知っている第3法則は、ロケットが機能する理由を説明しています。

ニュートンの第3法則は、現代語で述べられており、すべての行動には等しく反対の反応があると述べています。 たとえば、ボートから降りるとき、足が床に及ぼす力は前方に推進し、同時にボートに反対方向に等しい力を加えます。 ボートと水の間の摩擦力は靴と床の間の摩擦力ほど大きくないため、ボートはドックから離れる方向に加速します。 動きやタイミングでこの反応を説明するのを忘れると、水に浸かってしまう可能性があります。

ロケットを推進する力は、ロケットの燃料の燃焼によって提供されます。 燃料が酸素と結合すると、胴体後部の排気ノズルからガスが発生し、発生する各分子が加速してロケットから離れます。 ニュートンの第3法則では、この加速には、反対方向へのロケットの対応する加速が伴う必要があります。 ロケットのノズルから出てくる酸化燃料のすべての分子の複合加速は、ロケットを加速して推進する推力を生み出します。

排気ガスの分子が1つだけ尾から出た場合、分子によって加えられる力はロケットの慣性を克服するのに十分ではないため、ロケットは動きません。 ロケットを動かすためには、多くの分子が必要であり、燃焼速度とスラスターの設計によって決定されるように、それらは十分な加速を持っている必要があります。 ロケットの科学者は、ニュートンの第2法則を使用して、ロケットを加速して送信するために必要な推力を計算します。 それは計画された軌道上にあり、それは地球の重力を逃れて宇宙に行くことを含むかもしれないし、含まないかもしれない。

ロケット科学者のように考えるには、燃料を最も効率的に使用して、ロケットの移動を妨げる力（主に重力と空気力学的抗力）を克服する方法を見つける必要があります。 関連する要因の中には、ロケットの重量（ペイロードを含む）があります。これは、ロケットが燃料を使用するにつれて減少します。 計算が複雑になると、ロケットの速度が上がると抗力が増加し、同時に大気が薄くなると抗力が減少します。 ロケットを推進する力を計算するには、とりわけ、燃料の燃焼特性と各ノズル開口部のサイズを考慮する必要があります。