Sera Īzaka Ņūtona trīs kustības likumi, kas veido lielu daļu no klasiskās fizikas pamatiem, radikāli mainīja zinātni, kad viņš tos publicēja 1686. gadā. Pirmais likums nosaka, ka katrs objekts paliek mierā vai kustībā, ja vien uz to nedarbojas spēks. Otrais likums parāda, kāpēc spēks ir ķermeņa masas un tā paātrinājuma rezultāts. Trešais likums, kas pazīstams ikvienam, kurš jebkad ir bijis sadursmē, izskaidro, kāpēc darbojas raķetes.
Ņūtona trešais likums
Mūsdienu valodā Ņūtona trešajā likumā teikts, ka katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija. Piemēram, kad jūs kāpjat ārā no laivas, spēks, ko jūsu kāja pieliek uz grīdas, dzen jūs uz priekšu, vienlaikus pieliekot vienādu spēku uz laivu pretējā virzienā. Tā kā berzes spēks starp laivu un ūdeni nav tik liels kā starp jūsu apavu un grīdu, laiva paātrinās prom no piestātnes. Ja esat aizmirsis ņemt vērā šo reakciju kustībās un laikā, jūs varētu nonākt ūdenī.
Raķetes vilce
Spēku, kas virza raķeti, nodrošina raķetes degvielas sadegšana. Degvielai apvienojoties ar skābekli, tā rada gāzes, kas tiek virzītas caur izplūdes sprauslām fizelāžas aizmugurē, un katra izdalītā molekula paātrinās prom no raķetes. Ņūtona trešais likums pieprasa, lai šo paātrinājumu papildina atbilstošs raķetes paātrinājums pretējā virzienā. Visu oksidētās degvielas molekulu paātrinājums, kad tās parādās no raķetes sprauslām, rada vilci, kas paātrina un virza raķeti.
Piemērojot Ņūtona otro likumu
Ja no astes iznāktu tikai viena izplūdes gāzu molekula, raķete nepārvietotos, jo ar molekulas iedarboto spēku nepietiek, lai pārvarētu raķetes inerci. Lai raķete kustētos, ir jābūt daudzām molekulām, un tām jābūt ar pietiekamu paātrinājumu, ko nosaka degšanas ātrums un dzinēju konstrukcija. Raķešu zinātnieki izmanto Ņūtona otro likumu, lai aprēķinātu vilces ātrumu, kas nepieciešams raķetes paātrināšanai un sūtīšanai to uz plānotās trajektorijas, kas var ietvert vai neietvert izbēgšanu no Zemes gravitācijas un nokļūšanu kosmosā.
Kā domāt kā raķešu zinātniekam
Domājot kā raķešu zinātnieks, ir jāizdomā, kā ar visefektīvāko degvielas izmantošanu pārvarēt spēkus, kas neļauj raķetei pārvietoties - galvenokārt smaguma un aerodinamisko pretestību. Starp būtiskajiem faktoriem ir raķetes svars - ieskaitot tā lietderīgo slodzi -, kas samazinās, raķetei izmantojot degvielu. Sarežģot aprēķinus, pretestības spēks palielinās, raķetei paātrinoties, vienlaikus samazinoties, kad atmosfēra kļūst plānāka. Lai aprēķinātu raķetes virzošo spēku, cita starpā jāņem vērā degvielas sadegšanas īpašības un katras sprauslas atveres lielums.