Hvordan gælder Newtons tredje lov for raketter?

Newtons tredje lov om bevægelse, også kendt som handling-reaktionsloven, spiller en afgørende rolle i forståelsen af, hvordan raketter fungerer og driver sig selv gennem rummet. Loven siger, at for hver handling er der en lige og modsat reaktion. I forbindelse med raketter manifesterer dette princip sig på følgende måde:

1. Handling (raketudstødning): Når raketmotoren antændes, udstøder den højhastighedsgasser eller drivmiddel fra sin dyse. Ifølge Newtons tredje lov skaber denne udstødning af masse en aktionskraft i den modsatte retning. Denne kraft er det tryk, der driver raketten fremad.

2. Reaktion (Rocket Motion): Uddrivelsen af ​​drivmiddel genererer en lige stor og modsat reaktionskraft på selve raketten. Denne reaktionskraft virker i den modsatte retning af udstødningsgasserne og skubber raketten fremad. Størrelsen af ​​denne reaktionskraft afhænger af massen af ​​det udstødte drivmiddel og den hastighed, hvormed det udstødes.

I det væsentlige genererer rakettens motor fremdrift ved at skubbe mod det udstødte drivmiddel. Den kraft, som motoren udøver på drivmidlet, resulterer i, at en lige stor kraft virker på raketten i den modsatte retning, hvilket får den til at accelerere fremad. Denne handling-reaktionsmekanisme gør det muligt for raketter at overvinde tyngdekraften og opnå rumflyvning.

Ligningen til beregning af trækkraften produceret af en raket er givet af:

$$Thrust =\dot{m} V_{udstødning}$$

Hvor:

- Thrust er den kraft, der virker på raketten i newton (N)

- $\dot{m}$ er drivmidlets massestrømshastighed i kilogram pr. sekund (kg/s)

- $V_{udstødning}$ er hastigheden af ​​udstødningsgasserne i forhold til raketten i meter per sekund (m/s)

Ved at øge drivmidlets massestrømshastighed eller udstødningshastigheden eller begge dele, kan den frembragte kraft af raketten øges. Dette princip ligger til grund for de forskellige fremdriftsteknikker, der anvendes i raketmotorer, såsom raketter med fast brændsel, raketter med flydende brændstof og ion-thrustere.

Newtons tredje lov forklarer også, hvorfor raketter klarer sig bedre i rummets vakuum sammenlignet med Jordens atmosfære. I fravær af luftmodstand og gravitationsmodstand omsættes reaktionskraften, der genereres af det udstødte drivmiddel, mere effektivt til fremadgående bevægelse, hvilket resulterer i større acceleration og brændstofeffektivitet.

Sammenfattende udgør Newtons tredje bevægelseslov det grundlæggende grundlag for at forstå, hvordan raketter genererer fremdrift og opnår rumrejser. Det fremhæver samspillet mellem handlingen med at uddrive drivmiddel og reaktionskraften, der driver raketten fremad, hvilket muliggør menneskelig udforskning og videnskabelige missioner ud over Jordens atmosfære.