Hoe werken raketten in het vacuüm van de ruimte?

Dear Straight Dope:

mijn begrip van ruimte is dat het een vacuüm is, dat wil zeggen, verstoken van vrijwel alle materie, gewoon lege ruimte. Ook uit mijn verbazingwekkend beperkte kennis van de fysica begrijp ik dat een kracht om beweging te creëren op iets moet reageren. Dus als een ruimtevaartuig zijn raketten afvuurt in de ruimte, een vacuüm, Waar werkt deze kracht op? Als er niets is, waar duwen de raketten dan tegen aan om het schip te laten bewegen? Gewoon iets waar ik aan dacht omdat ik veel te veel vrije tijd heb, jouw oneindige wijsheid zou zeer gewaardeerd worden.

Coulter, UCLA

Sdstaff Karen antwoordt:

vat dit niet persoonlijk op, Coulter, maar je bent geen raketwetenschapper.

u bent ook niet de eerste persoon die er niet in is geslaagd om Zen te bereiken met Newton ‘ s Derde Wet. Terug in de jaren 1920, toen Robert Goddard was vader rocketry, een New York Times redactioneel dist hem thusly: “Dat Professor Goddard met zijn’ leerstoel ‘ in Clark College en de tegenwerking van het Smithsonian Institution niet de relatie van actie tot reactie kent, en van de noodzaak om iets beters te hebben dan een vacuüm waartegen te reageren — om dat te zeggen zou absurd zijn. Natuurlijk, hij lijkt alleen te missen de kennis laded dagelijks op de middelbare scholen.”Over wat je zou verwachten van een dagelijkse krant.

de waarheid is dat de raket iets heeft om tegen te duwen: namelijk zijn eigen brandstof. Laten we illustreren met een voorbeeld dat je kinderen thuis kunnen proberen. Eerst moet je jezelf in een wrijvingsloze situatie krijgen. Het dragen van schaatsen op een gladde ijsbaan zou goed zijn, of misschien heeft uw kantoor een stoel die echt goed rolt op een harde ondergrond. Nu heb je een medicijnbal nodig. Jij bent de raket en de medicijnbal is je brandstof. Gooi de medicijnbal. Je zult merken dat als je de medicijnbal naar voren duwt, je zelf achteruit schuift. Ta-da, het wonder van de natuurkunde! (Als je denkt dat dit komt omdat de medicijnbal op de lucht geduwd, probeer dan het experiment zonder de medicijnbal-druk gewoon op de lucht met je handen, zie hoe ver je lurch achteruit.)

Newton ‘ s derde wet wordt meestal uitgedrukt als,” voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie, “en je kunt het ook zien als” krachten komen altijd in paren.”Terwijl je op de medicijnbal drukt, zegt Newton’ s derde wet dat de medicijnbal ook op jou drukt. Zo wordt je versneld door de kracht die (achteruit) op je werkt door de medicijnbal. Het maakt niet uit dat jij het was die besloot om te beginnen met het duwen in de eerste plaats; je kunt niet duwen op de bal zonder dat de bal terug te duwen. Krachten komen altijd in paren.natuurlijk werken raketten volgens meer geavanceerde principes dan alleen brandstof via de achterkant gooien. Ten eerste wordt de brandstof verbrand en worden de hete uitlaatgassen met zeer hoge snelheid uitgestoten (als je de medicijnbal sneller gooit, ervaart je lichaam een grotere achterwaartse kracht). En het uitlaatspuitstuk van de raket heeft een vernauwing om de uitlaatgassen nog sneller uit te spuiten, zoals je duim over het uiteinde van een tuinslang steken. Uitlaat van chemische voortstuwing (dat wil zeggen, brandstof-brandende voortstuwing) wordt meestal uitgestoten bij 2 km/s (= 4500 mph), en je gemiddelde raketmassa bij de lancering is 80-85% stuwstof (brandstof + oxidator), waarvan de meeste uiteindelijk wordt gespoten uit.

Zo kan bijvoorbeeld een Delta II-raket een lading van 1800 kg in een geosynchrone baan sturen, met ongeveer 200.000 kg drijfgas. De totale raket bij lancering zou een massa van ongeveer 232.000 kg hebben. Dat is veel brandstof! Dit komt omdat 2 km / s (= 4500 mph) wordt beschouwd als “lage” snelheid in Rocket World, dus je moet stuwkracht bereiken door veel massa te spuiten. Als je iets nog sneller uit de achterkant van de raket kon spuiten, kon je meer stuwkracht krijgen met minder brandstof, en dus zwaardere payloads sturen.

Dit is waar elektrische aandrijving slaagt. Elektrostatische voortstuwing, ook wel ionenvoortstuwing genoemd, gebruikt wat neerkomt op een kleine deeltjesversneller om brandstofdeeltjes uit de achterkant van een raket te duwen, met uitlaatsnelheden van 100 km/s (=220.000 mph). NASA ‘ s geavanceerde technologie testvoertuig, Deep Space 1, is succesvol met behulp van ionenaandrijving sinds de lancering in oktober 1998. Het is op dit moment 333 miljoen km van de aarde, hurtling naar een rendez-vous met Komeet Borrelly in September 2001. Er is ook wat werk gedaan met elektromagnetische voortstuwing, ook wel plasma voortstuwing genoemd, waar de interactie van plasma-ionen met een magnetisch veld hen uit de achterkant van de raket versnelt. En dan is er nog magnetoplasmadynamische aandrijving, waarbij een versnellende kracht direct wordt toegepast op een neutraal plasma.

dus je kunt zien dat raketwetenschap niet echt zo moeilijk is. De vraag die je moet stellen is: hoe werkt een dilithium-aangedreven antimaterie warpaandrijving? Ik heb geen idee, maar ik weet zeker dat er genoeg geeks op de message boards zijn die bereid zijn om het uit te leggen. In Klingon.

SDStaff Karen, Straight Dope Science Advisory Board

stuur vragen naar Cecil via [email protected]

beoordelingsrapporten worden opgesteld door de STRAIGHT DOPE SCIENCE ADVISORY BOARD, CECIL ‘ s online AUXILIARY. HOEWEL DE SDSAB ZIJN BEST DOET, ZIJN DEZE KOLOMMEN BEWERKT DOOR ED ZOTTI, NIET CECIL, DUS ACCURACY MOET JE JE VINGERS GEKRUIST HOUDEN.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *