1. Azione (Scarico del razzo): Quando il motore a razzo si accende, espelle gas ad alta velocità o propellente dal suo ugello. Secondo la terza legge di Newton, questa espulsione di massa crea una forza che agisce nella direzione opposta. Questa forza è la spinta che spinge il razzo in avanti.
2. Reazione (movimento del razzo): L'espulsione del propellente genera una forza di reazione uguale e contraria sul razzo stesso. Questa forza di reazione agisce nella direzione opposta ai gas di scarico e spinge il razzo in avanti. L'entità di questa forza di reazione dipende dalla massa del propellente espulso e dalla velocità con cui viene espulso.
In sostanza, il motore del razzo genera la spinta spingendo contro il propellente espulso. La forza esercitata sul propellente dal motore fa sì che una forza uguale agisca sul razzo nella direzione opposta, facendolo accelerare in avanti. Questo meccanismo di azione-reazione consente ai razzi di superare la gravità e realizzare il volo spaziale.
L'equazione per calcolare la spinta prodotta da un razzo è data da:
$$Spinta =\dot{m} V_{scarico}$$
Dove:
- La spinta è la forza che agisce sul razzo espressa in newton (N)
- $\dot{m}$ è la portata massica del propellente in chilogrammi al secondo (kg/s)
- $V_{exhaust}$ è la velocità dei gas di scarico rispetto al razzo in metri al secondo (m/s)
Aumentando la portata massica del propellente o la velocità di scarico, o entrambe, è possibile aumentare la spinta prodotta dal razzo. Questo principio è alla base delle varie tecniche di propulsione impiegate nei motori a razzo, come i razzi a combustibile solido, i razzi a combustibile liquido e i propulsori ionici.
La terza legge di Newton spiega anche perché i razzi funzionano meglio nel vuoto dello spazio rispetto all'atmosfera terrestre. In assenza di resistenza dell'aria e di resistenza gravitazionale, la forza di reazione generata dal propellente espulso viene tradotta più efficacemente in movimento in avanti, con conseguente maggiore accelerazione ed efficienza del carburante.
In sintesi, la terza legge del moto di Newton costituisce la base fondamentale per comprendere come i razzi generano la spinta e realizzano i viaggi nello spazio. Evidenzia l’interazione tra l’azione di espulsione del propellente e la forza di reazione che spinge il razzo in avanti, consentendo l’esplorazione umana e le missioni scientifiche oltre l’atmosfera terrestre.
