As Três Leis do Movimento, de Sir Isaac Newton, que formam grande parte da base da física clássica, revolucionaram a ciência quando as publicou em 1686. A Primeira Lei estabelece que todo objeto permanece em repouso ou em movimento, a menos que uma força atue sobre ele. A Segunda Lei mostra por que a força é o produto da massa de um corpo e sua aceleração. A Terceira Lei, familiar a qualquer um que tenha estado em colisão, explica por que os foguetes funcionam.

Terceira Lei de Newton

Em linguagem moderna, a Terceira Lei de Newton diz que toda ação tem um igual e reação oposta. Por exemplo, quando você está saindo de um barco, a força que o seu pé exerce no chão o impulsiona para a frente enquanto, ao mesmo tempo, exerce uma força igual no barco na direção oposta. Como a força de atrito entre o barco e a água não é tão grande quanto a que existe entre o sapato e o chão, o barco se afasta da doca. Se você esquecer de explicar essa reação em seus movimentos e horários, você pode acabar na água.

Impulso de Foguete

A força que impulsiona um foguete é fornecida pela combustão do foguete. combustível. Como o combustível se combina com o oxigênio, ele produz gases que são direcionados através de bicos de escape na parte traseira da fuselagem, e cada molécula que emerge acelera para longe do foguete. A Terceira Lei de Newton exige que essa aceleração seja acompanhada por uma aceleração correspondente do foguete na direção oposta. A aceleração combinada de todas as moléculas de combustível oxidado à medida que elas emergem dos bicos do foguete criam o impulso que acelera e impulsiona o foguete.

Aplicando a Segunda Lei de Newton

Se apenas uma molécula de gás de escape saíam da cauda, ​​o foguete não se movia, porque a força exercida pela molécula não é suficiente para superar a inércia do foguete. Para fazer o foguete se mover, deve haver muitas moléculas, e elas devem ter aceleração suficiente, conforme determinado pela velocidade de combustão e pelo projeto dos propulsores. Os cientistas de foguetes usam a Segunda Lei de Newton para calcular o impulso necessário para acelerar o foguete e enviá-lo em sua trajetória planejada, que pode ou não envolver a fuga da gravitação da Terra e ir para o espaço.

Como pensar como um cientista de foguetes

Pensar como um cientista de foguetes envolve descobrir como superar as forças que impedem o movimento de um foguete - principalmente gravidade e arrasto aerodinâmico - com o uso mais eficiente de combustível. Entre os fatores relevantes estão o peso do foguete - incluindo sua carga útil - que diminui à medida que o foguete usa combustível. Complicando os cálculos, a força de arrasto aumenta à medida que o foguete acelera, ao mesmo tempo em que diminui à medida que a atmosfera se torna mais fina. Para calcular a força que impulsiona o foguete, você precisa considerar, entre outras coisas, as características de combustão do combustível e o tamanho de cada abertura do bico.