Sir Isaac Newtons tre lagar om rörelse, som utgör en stor del av klassisk fysik, revolutionerade vetenskapen när han publicerade dem år 1686. Den första lagen säger att varje föremål förblir i vila eller i rörelse om inte en kraft verkar på den. Den andra lagen visar varför kraft är produkten av en kropps massa och dess acceleration. Den tredje lagen, bekant för alla som någonsin varit i en kollision, förklarar varför raketer arbetar.

Newtons tredje lag

Newtons tredje lag säger att alla åtgärder har lika och motsatt reaktion. När du till exempel går ut ur en båt, driver kraften på foten på golvet dig framåt samtidigt som du utövar lika kraft på båten i motsatt riktning. Eftersom friktionsstyrkan mellan båten och vattnet inte är lika stor som mellan din sko och golvet, accelererar båten bort från kajen. Om du glömmer att redogöra för denna reaktion i dina rörelser och timing, kan du hamna i vattnet.

Rocket Thrust

Den kraft som driver en raket tillhandahålls av förbränningen av raketens bränsle. När bränslet kombinerar med syre, producerar det gaser som styrs genom avgasmunstycken på baksidan av skrovet och varje molekyl som uppträder accelererar bort från raketen. Newtons tredje lag kräver att denna acceleration åtföljs av en motsvarande acceleration av raketen i motsatt riktning. Den kombinerade accelerationen av alla molekyler av oxiderat bränsle när de kommer ut ur raketens munstycken skapar kraften som accelererar och propellerar raketen.

Tillämpa Newtons andra lag

Om endast en molekyl av avgaser skulle komma ut ur svansen, raketen skulle inte röra sig, eftersom den kraft som utövas av molekylen inte räcker för att övervinna raketens tröghet. För att göra raketrörelsen måste det finnas många molekyler, och de måste ha tillräcklig acceleration, bestämd av förbränningshastigheten och konstruktionen av dragkraftarna. Raketforskare använder Newtons andra lag för att beräkna den kraft som krävs för att accelerera raketen och skicka den på sin planerade bana, vilket kan innebära att man inte kommer att släppa ut jordens gravitation och gå in i rymden.

Hur man tänker som en raketforskare

Att tänka som en raketforskare innebär att man ska kunna övervinna de krafter som hindrar en raket från att röra sig - främst gravitation och aerodynamiskt drag - med effektivaste användningen av bränsle. Bland de relevanta faktorerna är raketens vikt - inklusive dess nyttolast - vilket minskar när raketen använder bränsle. Komplicerar beräkningarna ökar dragkraften när raketen går upp, samtidigt som den minskar när atmosfären blir tunnare. För att beräkna kraften som driver raketen måste du bland annat blanda bränsleförbränningsegenskaperna och storleken på varje munstycksöppning.