Trois lois du mouvement de Sir Isaac Newton, qui forment une grande partie de la physique classique, révolutionné la science quand il les publie en 1686. La première loi stipule que chaque objet reste au repos ou en mouvement sauf si une force agit dessus. La deuxième loi montre pourquoi la force est le produit de la masse d'un corps et de son accélération. La Troisième Loi, familière à tous ceux qui ont déjà été dans une collision, explique pourquoi les fusées fonctionnent.

La Troisième Loi de Newton

En langage moderne, la Troisième Loi de Newton dit que chaque action a un égal et réaction opposée. Par exemple, lorsque vous sortez d'un bateau, la force exercée par votre pied sur le sol vous propulse vers l'avant tout en exerçant une force égale sur le bateau dans la direction opposée. Parce que la force de frottement entre le bateau et l'eau n'est pas aussi grande que celle entre votre chaussure et le sol, le bateau accélère loin du quai. Si vous oubliez de tenir compte de cette réaction dans vos mouvements et votre timing, vous pourriez vous retrouver dans l'eau.

Poussée de fusée

La force qui propulse une fusée est fournie par la combustion de la fusée carburant. Comme le carburant se combine avec l'oxygène, il produit des gaz qui sont dirigés à travers les buses d'échappement à l'arrière du fuselage, et chaque molécule qui émerge accélère loin de la fusée. La troisième loi de Newton exige que cette accélération s'accompagne d'une accélération correspondante de la fusée dans la direction opposée. L'accélération combinée de toutes les molécules de carburant oxydé qui émergent des tuyères de la fusée crée la poussée qui accélère et propulse la fusée.

Appliquer la deuxième loi de Newton

Si une seule molécule de gaz d'échappement devaient émerger de la queue, la fusée ne bougerait pas, car la force exercée par la molécule ne suffit pas à surmonter l'inertie de la fusée. Afin de faire bouger la fusée, il doit y avoir beaucoup de molécules, et elles doivent avoir une accélération suffisante, déterminée par la vitesse de combustion et la conception des propulseurs. Les scientifiques des fusées utilisent la deuxième loi de Newton pour calculer la poussée nécessaire pour accélérer la fusée et l'envoyer sur sa trajectoire prévue, ce qui peut impliquer ou non d'échapper à la gravitation de la Terre et d'aller dans l'espace.

Penser comme un spécialiste des fusées implique de trouver comment surmonter les forces qui empêchent une fusée de bouger - principalement la gravité et la traînée aérodynamique - avec l'utilisation la plus efficace du carburant. Parmi les facteurs pertinents figurent le poids de la fusée - y compris sa charge utile - qui diminue à mesure que la fusée utilise le carburant. Compliquant les calculs, la force de traînée augmente au fur et à mesure que la fusée accélère, tandis qu'elle diminue en même temps que l'atmosphère devient plus mince. Pour calculer la force propulsant la fusée, vous devez prendre en compte, entre autres, les caractéristiques de combustion du carburant et la taille de chaque ouverture de buse.