Rakettien työntövoima perustuu Newtonin liikelakeihin, joilla ymmärretään, miten raketit kiihdyttävät ja liikkuvat. Näitä periaatteita soveltamalla insinöörit voivat suunnitella tehokkaita työntövoimajärjestelmiä ja ennustaa rakettien käyttäytymistä lennon aikana. Tämä artikkeli tutkii tosimaailman tapaustutkimuksia ja laskelmia, joissa nämä sovellukset näytetään.

Newton... kolmas laki rakettien käyttövoimassa

Newtonin kolmannen lain mukaan jokaisessa toiminnassa on yhtä suuri ja päinvastainen reaktio - ja raketeissa massan karkottaminen suurella nopeudella - tuottaa työnnön, joka työntää ajoneuvon eteenpäin.

Jos raketti esimerkiksi poistaa 10 kg polttoainetta sekunnissa pakokaasun nopeudella 3 000 m/s, työntövoima voidaan laskea seuraavasti:

]Thrust = massavirta × pakokaasun nopeus = 10 kg/s × 3 000 m/s = 30 000 N

Toisen lain soveltaminen

Newtonin toisen lain mukaan voima on yhtä suuri kuin massa-aikakiihdytys (F = ma). Rakettifysiikassa tämä laki auttaa määrittämään, miten massan muutos vaikuttaa kiihtyvyyteen. Polttoaineen palaessa massa pienenee ja vaikuttaa raketin kiihtyvyyteen.

Esimerkiksi 500 000 kg:n massaltaan ja 30 000 N:n työntövoimalla varustetun rakettien kiihtyvyys on:

]a = F / m = 30 000 N / 500 000 kg = 0,06 m/s2

Tapaustutkimus: Saturn V Rocket

Saturnus V, jota käytettiin Apollo-tehtävissä, on esimerkki Newtonin lakien toiminnasta. Se tuotti noin 34 miljoonaa kiloa työntövoimaa laukaisun aikana. Sen moottorit karkottivat massiivisia määriä polttoainetta suurella nopeudella, tuottaa tarvittavat työntövoiman voittaakseen Maan painovoiman.

Työntövoimaan ja massaansa perustuvat laskelmat osoittavat, miten Newtonin lait ennustavat sen kiihtyvyyttä ja lentorataa nousun aikana. Raketin suunnittelu optimoi massavirran ja pakokaasun nopeutta halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Tärkeimmät kulutustavarat

  • Newtonin kolmas laki selittää, miten massan karkottaminen luo työntövoimaa.
  • Newtonin toinen laki koskee työntövoimaa, massaa ja nopeutta.
  • Reaalimaailman raketit on suunniteltu näiden periaatteiden pohjalta optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi.
  • Laskelmat auttavat ennustamaan rakettien käyttäytymistä eri lennon vaiheissa.