Le tre leggi del moto di Isaac Newton, che costituiscono gran parte della base della fisica classica, rivoluzionarono la scienza quando le pubblicò nel 1686. La Prima Legge afferma che ogni oggetto rimane a riposo o in movimento a meno che una forza non agisca su di esso. La seconda legge mostra perché la forza è il prodotto della massa di un corpo e della sua accelerazione. La Terza Legge, familiare a chiunque sia mai stato coinvolto in una collisione, spiega perché i missili funzionano.

Terza legge di Newton

In linguaggio moderno, la Terza Legge di Newton afferma che ogni azione ha uguali e reazione opposta. Ad esempio, quando stai scendendo da una barca, la forza che il tuo piede esercita sul pavimento ti spinge in avanti mentre allo stesso tempo esercita una forza uguale sulla barca nella direzione opposta. Poiché la forza di attrito tra la barca e l'acqua non è così grande come quella tra la scarpa e il pavimento, la barca accelera lontano dal molo. Se dimentichi di spiegare questa reazione nei tuoi movimenti e nei tuoi tempi, potresti finire nell'acqua.

Rocket Thrust

La forza che spinge un razzo è fornita dalla combustione del razzo carburante. Quando il carburante si combina con l'ossigeno, produce gas che sono diretti attraverso gli ugelli di scarico sul retro della fusoliera, e ogni molecola che emerge accelera lontano dal razzo. La terza legge di Newton richiede che questa accelerazione sia accompagnata da una corrispondente accelerazione del razzo nella direzione opposta. L'accelerazione combinata di tutte le molecole di combustibile ossidato mentre emergono dagli ugelli del razzo crea la spinta che accelera e spinge il razzo.

Applicare la seconda legge di Newton

Se solo una molecola di gas di scarico Dovevano uscire dalla coda, il razzo non si muoveva, perché la forza esercitata dalla molecola non è sufficiente per superare l'inerzia del razzo. Per far muovere il razzo, ci devono essere molte molecole e devono avere un'accelerazione sufficiente, determinata dalla velocità della combustione e dal design dei propulsori. Gli scienziati missilistici usano la Seconda Legge di Newton per calcolare la spinta richiesta per accelerare il razzo e inviarlo sulla sua traiettoria pianificata, che può o meno implicare la fuga dalla gravitazione della Terra e andare nello spazio.

Come pensare come uno scienziato missilistico

Pensare come uno scienziato missilistico implica capire come superare le forze che impediscono il movimento di un razzo - principalmente gravità e resistenza aerodinamica - con l'uso più efficiente del carburante. Tra i fattori rilevanti vi sono il peso del razzo - incluso il suo carico utile - che diminuisce man mano che il razzo utilizza il carburante. Complicando i calcoli, la forza di resistenza aumenta mentre il razzo accelera, mentre allo stesso tempo diminuisce man mano che l'atmosfera si assottiglia. Per calcolare la forza che spinge il razzo, è necessario considerare, tra le altre cose, le caratteristiche di combustione del carburante e le dimensioni di ciascuna apertura dell'ugello.