Πώς ισχύει ο τρίτος νόμος του Newtons για τους πυραύλους;

Ο τρίτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα, γνωστός και ως νόμος δράσης-αντίδρασης, διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι ρουκέτες λειτουργούν και προωθούν τον εαυτό τους μέσα από το διάστημα. Ο νόμος δηλώνει ότι για κάθε ενέργεια υπάρχει ίση και αντίθετη αντίδραση. Στο πλαίσιο των πυραύλων, αυτή η αρχή εκδηλώνεται με τον ακόλουθο τρόπο:

1. Καθώς ο κινητήρας πυραύλων αναφλέγεται, αποβάλλει αέρια υψηλής ταχύτητας ή προωθητικό από το ακροφύσιο του. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, αυτή η εκτόξευση της μαζικής δημιουργεί μια δύναμη δράσης προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτή η δύναμη είναι η ώθηση που ωθεί τον πυραύλο προς τα εμπρός.

2. αντίδραση (κίνηση πυραύλων): Η απέλαση του προωθητικού παράγει μια ίση και αντίθετη δύναμη αντίδρασης στον ίδιο τον πυραύλο. Αυτή η δύναμη αντίδρασης δρα προς την κατεύθυνση απέναντι από τα καυσαέρια και ωθεί τον πυραύλο προς τα εμπρός. Το μέγεθος αυτής της δύναμης αντίδρασης εξαρτάται από τη μάζα του προωθητικού που εκτοξεύεται και την ταχύτητα στην οποία εκδιώκεται.

Ουσιαστικά, ο κινητήρας του πυραύλου δημιουργεί ώθηση πιέζοντας το εκδιωχμένο προωθητικό. Η δύναμη που ασκείται στο προωθητικό από τον κινητήρα έχει ως αποτέλεσμα μια ίση δύναμη που ενεργεί στον πυραύλο προς την αντίθετη κατεύθυνση, προκαλώντας την επιτάχυνση προς τα εμπρός. Αυτός ο μηχανισμός αντίδρασης δράσης επιτρέπει στους πυραύλους να ξεπεράσουν τη βαρύτητα και να επιτύχουν διαστημική πτήση.

Η εξίσωση για τον υπολογισμό της ώθησης που παράγεται από έναν πυραύλο δίνεται από:

$$ chust =\ dot {m} v_ {εξάτμιση} $$

Οπου:

- Η ώθηση είναι η δύναμη που ενεργεί στον πυραύλο στο Newton (n)

- $ \ dot {m} $ είναι ο ρυθμός ροής μαζικής ροής του προωθητικού σε χιλιόγραμμα ανά δευτερόλεπτο (kg/s)

- $ v_ {extains} $ είναι η ταχύτητα των καυσαερίων σε σχέση με τον πυραύλο σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο (m/s)

Με την αύξηση του ρυθμού ροής μάζας του προωθητικού ή της ταχύτητας εξάτμισης ή και των δύο, η ώθηση που παράγεται από τον πυραύλο μπορεί να αυξηθεί. Αυτή η αρχή βασίζεται στις διάφορες τεχνικές πρόωσης που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες πυραύλων, όπως πυραύλους στερεών καυσίμων, πυραύλους υγρών καυσίμων και ιόντα.

Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα εξηγεί επίσης γιατί οι Ρόκετς αποδίδουν καλύτερα στο κενό του χώρου σε σύγκριση με την ατμόσφαιρα της Γης. Ελλείψει αντίστασης του αέρα και βαρυτικής έλξης, η δύναμη αντίδρασης που παράγεται από το εκδιωχμένο προωθητικό μεταφράζεται αποτελεσματικότερα σε κίνηση προς τα εμπρός, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη επιτάχυνση και απόδοση καυσίμου.

Συνοπτικά, ο τρίτος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα αποτελεί τη θεμελιώδη βάση για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι πυραύλοι παράγουν ώθηση και επιτυγχάνουν διαστημικά ταξίδια. Υπογραμμίζει την αλληλεπίδραση μεταξύ της δράσης της απομάκρυνσης του προωθητικού και της δύναμης αντίδρασης που ωθεί τον πυραύλο προς τα εμπρός, επιτρέποντας την ανθρώπινη εξερεύνηση και τις επιστημονικές αποστολές πέρα ​​από την ατμόσφαιρα της Γης.