Folosind a treia lege a lui Newton pentru a explica modul în care o rachetă accelerează

Trei legi ale mișcării lui Sir Isaac Newton, care formează o mare parte din baza fizicii clasice, a revoluționat știința când le-a publicat în 1686. Prima lege prevede că fiecare obiect rămâne în repaus sau în mișcare, cu excepția cazului în care o forță acționează asupra lui. A doua lege arată de ce forța este produsul masei corpului și al accelerației sale. A treia lege, familiară oricui a fost vreodată într-o coliziune, explică de ce funcționează rachetele.

Afirmată într-un limbaj modern, a treia lege a lui Newton spune că fiecare acțiune are o reacție egală și opusă. De exemplu, când ieși dintr-o barcă, forța pe care o exercită piciorul pe podea te propulsează înainte, exercitând în același timp o forță egală asupra bărcii în direcția opusă. Deoarece forța de frecare dintre barcă și apă nu este la fel de mare ca cea dintre pantoful tău și podea, barca accelerează departe de doc. Dacă uitați să explicați această reacție în mișcări și sincronizare, ați putea ajunge în apă.

Forța care propulsează o rachetă este asigurată de arderea combustibilului rachetei. Pe măsură ce combustibilul se combină cu oxigenul, produce gaze care sunt direcționate prin duze de evacuare din spatele fuselajului, iar fiecare moleculă care iese accelerează departe de rachetă. A treia lege a lui Newton impune ca această accelerație să fie însoțită de o accelerație corespunzătoare a rachetei în direcția opusă. Accelerarea combinată a tuturor moleculelor de combustibil oxidat pe măsură ce acestea ies din duzele rachetei creează forța care accelerează și propulsează racheta.

Dacă o singură moleculă de gaze de eșapament ar ieși din coadă, racheta nu s-ar mișca, deoarece forța exercitată de moleculă nu este suficientă pentru a depăși inerția rachetei. Pentru a face racheta să se miște, trebuie să existe multe molecule și acestea trebuie să aibă o accelerație suficientă, determinată de viteza de ardere și de proiectarea propulsoarelor. Oamenii de știință cu rachete folosesc a doua lege a lui Newton pentru a calcula forța necesară pentru a accelera racheta și a trimite pe traiectoria sa planificată, care poate implica sau nu să scape de gravitația Pământului și să meargă în spațiu.

A gândi ca un om de știință cu rachete presupune să ne dăm seama cum să depășim forțele care împiedică mișcarea unei rachete - în primul rând gravitația și rezistența aerodinamică - cu cea mai eficientă utilizare a combustibilului. Printre factorii relevanți se numără greutatea rachetei - inclusiv sarcina utilă - care scade pe măsură ce racheta folosește combustibil. Complicând calculele, forța de tragere crește pe măsură ce racheta accelerează, în același timp scade pe măsură ce atmosfera devine mai subțire. Pentru a calcula forța care propulsează racheta, trebuie să luați în considerare, printre altele, caracteristicile de combustie ale combustibilului și dimensiunea orificiului fiecărei duze.