Uporaba Newtonovega tretjega zakona za razlago, kako se raketa pospešuje

Trije zakoni gibanja sira Isaaca Newtona, ki tvorijo večino osnove klasične fizike, so revolucijo v znanosti, ko jih je objavil leta 1686. Prvi zakon določa, da vsak predmet miruje ali se premika, razen če nanj deluje sila. Drugi zakon kaže, zakaj je sila plod telesne mase in njenega pospeševanja. Tretji zakon, ki je znan vsem, ki so že kdaj trčili, pojasnjuje, zakaj rakete delujejo.

V sodobnem jeziku Newtonov tretji zakon pravi, da ima vsako dejanje enak in nasproten odziv. Ko na primer izstopite iz čolna, vas sila, ki jo noga izvaja na tleh, potisne naprej, hkrati pa na čoln deluje enako močno v nasprotni smeri. Ker sila trenja med čolnom in vodo ni tako velika kot sila med čevljem in tlemi, čoln pospeši stran od pristanišča. Če pozabite upoštevati to reakcijo v svojih gibih in času, boste lahko končali v vodi.

Sila, ki poganja raketo, zagotavlja zgorevanje goriva rakete. Ko se gorivo kombinira s kisikom, proizvaja pline, ki so usmerjeni skozi izpušne šobe na zadnji strani trupa in vsaka molekula, ki se pojavi, pospeši stran od rakete. Newtonov tretji zakon zahteva, da to pospeševanje spremlja ustrezen pospešek rakete v nasprotni smeri. Skupni pospešek vseh molekul oksidiranega goriva, ko se pojavijo iz šob rakete, ustvarja potisk, ki raketo pospešuje in poganja.

Če bi iz repa izstopila samo ena molekula izpušnih plinov, se raketa ne bi premaknila, ker sila, ki jo molekula ne deluje, premaga vztrajnost rakete. Da se lahko raketa premakne, mora biti veliko molekul in morajo imeti dovolj pospeška, kot ga določa hitrost zgorevanja in zasnova potisnikov. Znanstveniki raket uporabljajo Newtonov drugi zakon za izračun potiska, potrebnega za pospešitev rakete in pošiljanje na načrtovani poti, ki lahko vključuje uhajanje zemeljske gravitacije ali odhod v vesolje ali pa tudi ne.

Razmišljanje kot raketni znanstvenik vključuje ugotovitev, kako premagati sile, ki preprečujejo premikanje rakete - predvsem gravitacijo in aerodinamični upor - z najučinkovitejšo porabo goriva. Med pomembnimi dejavniki so teža rakete - vključno z njenim tovorom -, ki se zmanjša, ko raketa porabi gorivo. Zapletene izračune se sila vlečenja poveča s pospeševanjem rakete, hkrati pa se zmanjša, ko se ozračje tanjša. Za izračun sile, ki poganja raketo, morate med drugim upoštevati značilnosti zgorevanja goriva in velikost odprtine vsake šobe.