Brug Newtons tredje lov til at forklare, hvordan en raket accelererer

Sir Isaac Newtons tre bevægelseslove, som danner meget af grundlaget for klassisk fysik, revolutionerede videnskaben, da han udgav dem i 1686. Den første lov siger, at ethvert objekt forbliver i ro eller i bevægelse, medmindre en kraft virker på den. Den anden lov viser, hvorfor kraft er produktet af kroppens masse og dens acceleration. Den tredje lov, der er kendt for alle, der nogensinde har været i en kollision, forklarer hvorfor raketter arbejder.

Newtons tredje lov
Newtons tredje lov siger, at hver handling har samme og modsat reaktion. Når du for eksempel træder ud af en båd, trækker den kraft, din fod udøver på gulvet, fremad, mens du samtidig udøver en lige kraft på båden i modsat retning. Fordi friktionskraften mellem båden og vandet ikke er så stor som den mellem din sko og gulvet, accelererer båden væk fra kajen. Hvis du glemmer at redegøre for denne reaktion i dine bevægelser og timing, kan du ende i vandet.

Rocket Thrust

Den kraft, der fremdriver en raket, er tilvejebragt ved forbrændingen af ​​raketens brændstof. Da brændstoffet kombinerer med ilt, producerer det gasser, der ledes gennem udstødningsdyse på bagsiden af ​​skroget, og hvert molekyle, som fremkommer, accelererer væk fra raketen. Newtons tredje lov kræver, at denne acceleration ledsages af en tilsvarende acceleration af raketen i modsat retning. Den kombinerede acceleration af alle de oxiderede brændstofmolekyler, som de kommer fra raketens dyser, skaber kraften, der fremskynder og fremdriver raketen.

Anvendelse af Newtons anden lov

Hvis kun ét molekyle udstødningsgas skulle komme ud af halen, raketen ville ikke bevæge sig, fordi den kraft, der udøves af molekylet, ikke er nok til at overvinde raketens inerti. For at gøre raketten bevæge sig skal der være mange molekyler, og de skal have tilstrækkelig acceleration, som bestemt af forbrændingshastigheden og konstruktionen af ​​støddæmperne. Raketforskere bruger Newtons anden lov til at beregne den kraft, der kræves for at fremskynde raketen og sende den på sin planlagte bane, hvilket måske eller måske ikke indebærer at undslippe Jordens gravitation og gå ind i rummet.

Sådan tænker du som en raketforsker

At tænke som en raketforsker indebærer at finde ud af, hvordan man overvinder de kræfter, der forhindrer en raket i at bevæge sig - primært gravitation og aerodynamisk træk - med den mest effektive anvendelse af brændstof. Blandt de relevante faktorer er vægten af ​​raketen - herunder dens nyttelast - som falder, da raketen bruger brændstof. Ved at komplicere beregningerne øges trækstyrken, når raket springer op, samtidig med at det falder, da atmosfæren bliver tyndere. For at beregne kraften, der driver raketen, skal du blandt andet indføje brændstofforbrændingsegenskaberne og størrelsen af ​​hver dysebøsning.