Hur fungerar raketer i rymdens vakuum?

kära rak Dope:

min förståelse av rymden är att det är ett vakuum, dvs saknar ganska mycket all materia, bara tomt utrymme. Även från min otroligt begränsade kunskap om fysik förstår jag att för att en kraft ska skapa rörelse måste den agera på något. Så om en rymdfarkost avfyrar sina raketer i rymden, ett vakuum, vad är denna kraft verkar på? Om det inte finns något där, vad skjuter raketerna mot för att få fartyget att röra sig? Bara något jag tänkte på eftersom jag har alldeles för mycket ledig tid, din oändliga visdom skulle uppskattas mycket.

Coulter, UCLA

Sdstaff Karen svarar:

Ta inte detta personligen, Coulter, men du är ingen raketforskare.

Du är inte heller den första personen som har misslyckats med att uppnå Zen med Newtons tredje lag. Tillbaka på 1920-talet när Robert Goddard var far raketry, en New York Times redaktion dissed honom thusly: ”Att Professor Goddard med sin ”stol” i Clark College och ansiktet på Smithsonian Institution vet inte förhållandet mellan handling och reaktion och behovet av att ha något bättre än ett vakuum mot vilket man ska reagera — att säga att det skulle vara absurt. Självklart, han verkar bara sakna den kunskap som ladled ut dagligen i gymnasiet.”Om vad du kan förvänta dig av en dagstidning.sanningen är att raketen har något att driva mot: nämligen sitt eget bränsle. Låt oss illustrera med ett exempel som du barn kan prova hemma. Först måste du komma in i någon form av friktionslös situation. Att bära skridskor på en hal ishall skulle vara bra, eller kanske har ditt kontor en stol som rullar riktigt bra på en hård yta. Därefter behöver du en medicinboll. Du är raketen och medicinbollen är ditt bränsle. Kasta medicinbollen. Du kommer att märka att när du skjuter medicinbollen framåt, lurar du dig själv bakåt. Ta-da, fysikens mirakel! (Om du tror att detta beror på att medicinbollen tryckte på luften, försök sedan experimentet utan medicinbollen — tryck bara på luften med händerna, se hur långt du lurar bakåt.)

Newtons tredje lag uttrycks vanligtvis som ”för varje handling finns det en lika och motsatt reaktion”, och du kan också tänka på det som ”krafter kommer alltid i par.”Medan du trycker på medicinbollen säger Newtons tredje lag att medicinbollen också trycker på dig. Således accelereras du av kraften som verkar (bakåt) på dig av medicinbollen. Strunt samma att det var du som bestämde dig för att börja trycka i första hand; Du kan inte trycka på bollen utan att bollen trycker tillbaka. Krafter kommer alltid i par.naturligtvis arbetar raketer med mer sofistikerade principer än att bara kasta bränsle ut på baksidan. Först bränns bränslet och dess heta avgaser utvisas med mycket hög hastighet (om du kastar medicinbollen snabbare upplever din kropp större bakåtkraft). Och raketens avgasmunstycke har en förträngning för att spruta avgaserna ut ännu snabbare, som att sätta tummen över slutet av en trädgårdsslang. Avgaser från kemisk framdrivning( dvs bränsleförbränning) utvisas vanligtvis vid 2 km/s (= 4500 mph), och din genomsnittliga raketmassa vid lanseringen är 80-85% drivmedel (bränsle + oxidator), varav de flesta så småningom sprutas ut.till exempel kan en Delta II-raket skicka en nyttolast på 1800 kg till geosynkron bana med cirka 200 000 kg drivmedel. Den totala raketen vid lanseringen skulle ha en massa på cirka 232 000 kg. Det är mycket bränsle! Detta beror på att 2 km / s (=4500 mph) anses vara ”låg” hastighet i Raketvärlden, så du måste uppnå dragkraft genom att spruta mycket massa. Om du kunde spruta något ännu snabbare ut på baksidan av raketen, kan du få mer dragkraft med mindre bränsle och därför skicka tyngre nyttolast.

det är här elektrisk framdrivning lyckas. Elektrostatisk framdrivning, även kallad jondrivning, använder vad som uppgår till en liten partikelaccelerator för att skjuta bränslepartiklar ut på baksidan av en raket, vilket ger avgashastigheter på 100 km/s (=220 000 mph). NASA: s testfordon för avancerad teknik, Deep Space 1, har framgångsrikt använt jondrivning sedan lanseringen i oktober 1998. Det är för närvarande 333 miljoner km från jorden och rusar mot ett möte med kometen Borrelly i September 2001. Det har också gjorts en del arbete med elektromagnetisk framdrivning, även kallad plasmaframdrivning, där plasmajonernas interaktion med ett magnetfält accelererar dem ut på baksidan av raketen. Och sedan finns det magnetoplasmadynamisk framdrivning, där en accelererande kraft appliceras direkt på en neutral plasma.

så du kan se att raketvetenskap inte är så svårt. Frågan du borde ställa är: hur fungerar en dilitium-driven anti-matter warp drive? Jag har ingen aning, men jag är säker på att det finns gott om nördar på anslagstavlorna som skulle vara villiga att förklara det. I Klingon.

Sdstaff Karen, Straight Dope Science Advisory Board

skicka frågor till Cecil via [email protected]

personalrapporter är skrivna av STRAIGHT DOPE SCIENCE ADVISORY BOARD, Cecils onlinehjälp. ÄVEN OM SDSAB GÖR SITT BÄSTA, REDIGERAS DESSA KOLUMNER AV ED ZOTTI, INTE CECIL, SÅ NOGGRANT SKULLE DU BÄTTRE HÅLLA FINGRARNA KORSADE.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *