Las tres leyes del movimiento de Sir Isaac Newton, que forman gran parte de la base de la física clásica, revolucionaron la ciencia cuando las publicó en 1686. La primera ley establece que cada objeto permanece en reposo o en movimiento a menos que una fuerza actúe sobre él. La Segunda Ley muestra por qué la fuerza es el producto de la masa de un cuerpo y su aceleración. La Tercera Ley, familiar para cualquiera que haya estado alguna vez en una colisión, explica por qué funcionan los cohetes.

La Tercera Ley de Newton

Expresada en lenguaje moderno, la Tercera Ley de Newton dice que cada acción tiene un igual y reacción opuesta. Por ejemplo, cuando estás saliendo de un bote, la fuerza que ejerce tu pie en el suelo te impulsa hacia adelante mientras que al mismo tiempo ejerces la misma fuerza en el bote en la dirección opuesta. Debido a que la fuerza de fricción entre el bote y el agua no es tan grande como la que existe entre su zapato y el piso, el bote acelera lejos del muelle. Si olvida dar cuenta de esta reacción en sus movimientos y tiempos, podría terminar en el agua.

Rocket Thrust

La fuerza que propulsa un cohete es provista por la combustión del cohete. combustible. A medida que el combustible se combina con el oxígeno, produce gases que se dirigen a través de boquillas de escape en la parte posterior del fuselaje, y cada molécula que emerge se aleja del cohete. La Tercera Ley de Newton requiere que esta aceleración sea acompañada por una aceleración correspondiente del cohete en la dirección opuesta. La aceleración combinada de todas las moléculas de combustible oxidado a medida que emergen de las boquillas del cohete crea el empuje que acelera y propulsa el cohete.

Aplicación de la Segunda Ley de Newton

Si solo una molécula de gas de escape Si emergiera de la cola, el cohete no se movería, porque la fuerza ejercida por la molécula no es suficiente para vencer la inercia del cohete. Para hacer que el cohete se mueva, debe haber muchas moléculas, y deben tener suficiente aceleración, según lo determinen la velocidad de combustión y el diseño de los propulsores. Los científicos de cohetes usan la Segunda Ley de Newton para calcular el empuje requerido para acelerar el cohete y enviarlo en su trayectoria planificada, que puede o no implicar el escape de la gravedad de la Tierra y su ir al espacio.

¿Cómo pensar como un científico espacial?

Pensar como un científico de cohetes implica descubrir cómo superar las fuerzas que impiden que un cohete se mueva, principalmente la gravedad y la resistencia aerodinámica, con el uso más eficiente del combustible. Entre los factores relevantes están el peso del cohete, incluida su carga útil, que disminuye a medida que el cohete usa combustible. Para complicar los cálculos, la fuerza de arrastre aumenta a medida que el cohete acelera, mientras que al mismo tiempo disminuye a medida que la atmósfera se vuelve más delgada. Para calcular la fuerza que propulsa el cohete, debe tener en cuenta, entre otras cosas, las características de combustión del combustible y el tamaño de cada abertura de la boquilla.