Hvordan fungerer raketter i rumets vakuum?

kære lige Dope:

min forståelse af rummet er, at det er et vakuum, dvs.blottet for stort set alt stof, bare tomt rum. Også fra min utroligt begrænsede viden om fysik forstår jeg, at for at en kraft kan skabe bevægelse, skal den handle på noget. Så hvis et rumfartøj affyrer sine raketter ud i rummet, et vakuum, hvad er denne kraft virker på? Hvis der ikke er noget der, hvad skubber raketterne imod for at få skibet til at bevæge sig? Bare noget jeg tænkte på, fordi jeg har alt for meget fritid, din uendelige visdom ville blive meget værdsat.

Coulter, UCLA

SDStaff Karen svarer:

tag ikke dette personligt, Coulter, men du er ingen raketforsker.du er heller ikke den første person, der har undladt at opnå den tredje lov. Tilbage i 1920 ‘ erne, da Robert Goddard var far til raketter, en ny York Times redaktionel dissed ham således: “At Professor Goddard med sin ‘stol’ i Clark College og countenancing af Smithsonian Institution ikke kender forholdet mellem handling til reaktion, og behovet for at have noget bedre end et vakuum mod at reagere — at sige, at det ville være absurd. Selvfølgelig synes han kun at mangle den viden, der dagligt udtages i gymnasier.”Om hvad du ville forvente af en daglig avis.

sandheden er, at raketten har noget at skubbe imod: nemlig sit eget brændstof. Lad os illustrere med et eksempel, Du børn kan prøve derhjemme. For det første skal du komme dig ind i en slags friktionsløs situation. Det ville være godt at bære skøjter på en glat skøjtebane, eller måske har dit kontor en stol, der ruller rigtig godt på en hård overflade. Dernæst skal du bruge en medicinbold. Du er raketten, og medicinkuglen er dit brændstof. Kast medicinbolden. Du vil bemærke, at når du skubber medicinkuglen fremad, kaster du dig selv baglæns. Ta-da, fysikens mirakel! (Hvis du tror, det skyldes, at medicinkuglen skubbes i luften, så prøv eksperimentet uden medicinkuglen — bare skub luften med dine hænder, se hvor langt du stikker baglæns.”for hver handling er der en lige og modsat reaktion”, og du kan også tænke på det som “kræfter kommer altid parvis.”Mens du skubber på medicinbolden, siger Nytons tredje lov, at medicinbolden også skubber på dig. Således accelereres du af den kraft, der virker (bagud) på dig af medicinkuglen. Husk ikke, at det var dig, der besluttede at starte skubbet i første omgang; du kan ikke skubbe på bolden uden at få bolden til at skubbe tilbage. Kræfter kommer altid parvis.

selvfølgelig arbejder raketter på mere sofistikerede principper end bare at kaste brændstof ud på bagsiden. Først brændes brændstoffet, og dets varme udstødningsgasser udvises med meget høj hastighed (hvis du kaster medicinkuglen hurtigere, oplever din krop større bagudkraft). Og raketens udstødningsdyse har en indsnævring for at sprøjte udstødningsgasserne ud endnu hurtigere, som at sætte tommelfingeren over enden af en haveslange. Udstødning fra kemisk fremdrift (dvs.brændstofbrændende fremdrift) udvises typisk ved 2 km/s (=4500 mph), og din gennemsnitlige raketmasse ved lanceringen er 80-85% drivmiddel (brændstof + iltningsmiddel), hvoraf de fleste til sidst bliver sprøjtet ud.

således for eksempel en Delta II raket kan sende en 1800 kg nyttelast i geosynkron bane ved hjælp af omkring 200.000 kg drivmiddel. Den samlede raket ved lanceringen ville have en masse på omkring 232.000 kg. Det er meget brændstof! Dette skyldes, at 2 km / s (= 4500 mph) betragtes som “lav” hastighed i Raketverdenen, så du er nødt til at opnå fremdrift ved at sprøjte masser af masse. Hvis du kunne sprøjte noget endnu hurtigere ud på bagsiden af raketten, kunne du få mere tryk med mindre brændstof og derfor sende tungere nyttelast.

det er her elektrisk fremdrift lykkes. Elektrostatisk fremdrift, også kaldet ionfremdrift, bruger hvad der svarer til en lille partikelaccelerator til at skubbe brændstofpartikler ud på bagsiden af en raket, hvilket giver udstødningshastigheder på 100 km/s (=220.000 mph). NASAs avancerede teknologitestkøretøj, Deep Space 1, har med succes brugt ionfremdrift siden lanceringen i oktober 1998. Det er i øjeblikket 333 millioner km fra jorden, der kæmper mod et møde med kometen Borrelly i September 2001. Der har også været noget arbejde udført med elektromagnetisk fremdrift, også kaldet plasmafremdrift, hvor plasmaioners interaktion med et magnetfelt fremskynder dem bag på raketten. Og så er der magnetoplasmadynamisk fremdrift, hvor en accelererende kraft påføres direkte på et neutralt plasma.

så du kan se, at raketvidenskab ikke er så svært. Det spørgsmål, du skal stille, er: hvordan fungerer et dilithium-drevet anti-stof kædedrev? Jeg har ingen anelse, men jeg er sikker på, at der er masser af nørder på opslagstavlerne, der ville være villige til at forklare det. I Klingon.

SDStaff Karen, Straight Dope Science Advisory Board

Send spørgsmål til Cecil via [email protected]

PERSONALERAPPORTER er skrevet af STRAIGHT DOPE SCIENCE ADVISORY BOARD, Cecils online hjælp. SELVOM SDSAB GØR SIT BEDSTE, REDIGERES DISSE KOLONNER AF ED, IKKE CECIL, SÅ PRÆCIST, AT DU BEDRE HOLDER FINGRENE KRYDSEDE.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *