Tri zákony pohybu sira Isaaca Newtona, ktoré tvoria veľkú časť základov klasickej fyziky, spôsobili revolúciu vo vede, keď ich vydal v roku 1686. Prvý zákon hovorí, že každý predmet zostáva v pokoji alebo v pohybe, pokiaľ na neho nepôsobí sila. Druhý zákon ukazuje, prečo je sila produktom hmoty tela a jej zrýchlenia. Tretí zákon, ktorý pozná každý, kto sa niekedy dostal do kolízie, vysvetľuje, prečo rakety fungujú.
Newtonov tretí zákon
Newtonov tretí zákon, ktorý je uvedený v modernom jazyku, hovorí, že každá činnosť má rovnakú a opačnú reakciu. Napríklad, keď vystupujete z člna, sila, ktorou vaše chodidlo pôsobí na podlahu, vás posúva vpred a súčasne pôsobí rovnakou silou na čln v opačnom smere. Pretože trecia sila medzi člnom a vodou nie je taká veľká ako sila medzi vašou topánkou a podlahou, čln sa zrýchľuje smerom od doku. Ak zabudnete na túto reakciu vo svojich pohyboch a načasovaní, mohli by ste skončiť vo vode.
Raketový ťah
Sila, ktorá poháňa raketu, je zabezpečená spaľovaním paliva rakety. Keď sa palivo spojí s kyslíkom, produkuje plyny, ktoré sú smerované cez výfukové trysky na zadnej časti trupu a každá molekula, ktorá sa objaví, zrýchľuje smerom od rakety. Newtonov tretí zákon vyžaduje, aby toto zrýchlenie bolo sprevádzané zodpovedajúcim zrýchlením rakety v opačnom smere. Kombinované zrýchlenie všetkých molekúl oxidovaného paliva, keď vystupujú z trysiek rakety, vytvára ťah, ktorý raketu akceleruje a poháňa.
Uplatňovanie Newtonovho druhého zákona
Keby z chvosta mala vyjsť iba jedna molekula výfukového plynu, raketa by sa nehýbala, pretože sila vyvíjaná molekulou nestačí na prekonanie zotrvačnosti rakety. Aby sa raketa mohla pohnúť, musí existovať veľa molekúl a tieto molekuly musia mať dostatočné zrýchlenie, ktoré je určené rýchlosťou spaľovania a konštrukciou trysiek. Raketoví vedci používajú Newtonov druhý zákon na výpočet ťahu potrebného na urýchlenie rakety a odoslanie je na jeho plánovanej trajektórii, ktorá môže alebo nemusí zahŕňať únik z gravitácie Zeme a cestu do vesmíru.
Ako myslieť ako raketový vedec
Myslieť ako raketový vedec znamená prísť na to, ako prekonať sily brániace rakete v pohybe - predovšetkým gravitáciu a aerodynamický odpor - s čo najefektívnejším využitím paliva. Medzi príslušné faktory patrí hmotnosť rakety - vrátane jej užitočného zaťaženia - ktorá klesá, keď raketa používa palivo. Komplikácia výpočtov komplikuje výpočet, že sila odporu sa zvyšuje so zvyšovaním rýchlosti rakety, zatiaľ čo sa zmenšuje s tenšou atmosférou. Pri výpočte sily poháňajúcej raketu musíte okrem iného zohľadniť spaľovacie vlastnosti paliva a veľkosť každého otvoru trysky.