Come funziona un razzo nello spazio dove non c’è aria contro cui spingere?

Settembre 2002

I fratelli Wright probabilmente non hanno mai pensato di volare nello spazio dove non c’era aria. Hanno progettato un’elica che spingeva in aria per far avanzare il loro aereo. Un razzo avrebbe potuto anche spostare l’aereo in avanti, ma i razzi non erano ancora stati inventati. Qual è la differenza tra un’elica e un dispositivo guidato da un razzo. E ‘ abbastanza comune per le persone ad avere un equivoco per quanto riguarda il principio su cui un razzo opera.

La forza di attrito spinge oggetti ordinari come automobili e treni. Il treno spinge sulla pista e l’auto spinge sulla strada a causa dell’attrito tra le ruote e la pista o la strada. Tuttavia, un razzo nello spazio non ha nulla da spingere contro. Pertanto, la forza di propulsione deve essere qualcosa di diverso dall’attrito. Il razzo funziona a causa della legge di conservazione della quantità di moto lineare.

La legge di conservazione della quantità di moto lineare è molto importante in fisica. La quantità di moto è definita come la massa di un oggetto per la sua velocità. Detto semplicemente la legge di conservazione dice che in un sistema chiuso (uno senza influenze esterne) la quantità di moto totale del sistema rimane costante. Ora la quantità di moto di varie parti del sistema può cambiare, ma la quantità di moto totale deve essere sempre costante.

Si consideri una mitragliatrice montata su un carrello leggero. Se la pistola viene sparata, i proiettili vanno in una direzione mentre il carrello si ritira nell’altra. La grandezza della quantità di moto dei proiettili è uguale alla quantità di moto del carrello, ma le direzioni sono opposte. Quindi, uno slancio è positivo e uno è negativo, rendendo il cambiamento totale (la loro somma) zero. Anche se le cose si stanno muovendo, lo slancio totale del sistema gun-cart non è cambiato.

In modo simile, un razzo si muove nello spazio perché i gas sono dati slancio come vengono espulsi dal motore a razzo. Considera il razzo che riposa nello spazio. Non c’è slancio nel sistema. Successivamente, il motore si accende. Mentre i gas di scarico vanno in una direzione, il razzo va nell’altra per mantenere costante la quantità di moto totale del sistema. Questo cambiamento di slancio dei gas dà al razzo la “spinta” per andare avanti. Chiamiamo questa spinta, la spinta del razzo, cioè la forza esercitata sul razzo.

Questa spinta dipende dalla velocità dei gas di scarico e dalla massa di gas che viene espulsa ogni secondo, a volte chiamata velocità di combustione in libbre di carburante al secondo. Sulla Terra, l’aria tende ad inibire i gas di scarico che escono dal motore. Questo riduce la spinta. Tuttavia, nello spazio poiché non c’è atmosfera, i gas di scarico possono uscire molto più facilmente e più velocemente, aumentando così la spinta. Pertanto, il motore a razzo funziona davvero meglio nello spazio che qui sulla Terra.

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