1. Action (échappement de fusée) : Lorsque le moteur-fusée s’enflamme, il expulse des gaz ou du propulseur à grande vitesse de sa tuyère. Selon la troisième loi de Newton, cette éjection de masse crée une force d'action dans la direction opposée. Cette force est la poussée qui propulse la fusée vers l’avant.
2. Réaction (mouvement de fusée) : L'expulsion du propulseur génère une force de réaction égale et opposée sur la fusée elle-même. Cette force de réaction agit dans la direction opposée aux gaz d’échappement et pousse la fusée vers l’avant. L'ampleur de cette force de réaction dépend de la masse du propulseur éjecté et de la vitesse à laquelle il est expulsé.
Essentiellement, le moteur de la fusée génère une poussée en poussant contre le propulseur expulsé. La force exercée sur le propulseur par le moteur entraîne une force égale agissant sur la fusée dans la direction opposée, la faisant accélérer vers l'avant. Ce mécanisme action-réaction permet aux fusées de surmonter la gravité et de réaliser un vol spatial.
L’équation de calcul de la poussée produite par une fusée est donnée par :
$$Poussée =\dot{m} V_{échappement}$$
Où:
- La poussée est la force agissant sur la fusée en newtons (N)
- $\dot{m}$ est le débit massique du propulseur en kilogrammes par seconde (kg/s)
- $V_{exhaust}$ est la vitesse des gaz d'échappement par rapport à la fusée en mètres par seconde (m/s)
En augmentant le débit massique du propulseur ou la vitesse d'échappement, ou les deux, la poussée produite par la fusée peut être augmentée. Ce principe sous-tend les différentes techniques de propulsion utilisées dans les moteurs-fusées, telles que les fusées à combustible solide, les fusées à combustible liquide et les propulseurs ioniques.
La troisième loi de Newton explique également pourquoi les fusées fonctionnent mieux dans le vide spatial que dans l’atmosphère terrestre. En l'absence de résistance de l'air et de traînée gravitationnelle, la force de réaction générée par le propulseur expulsé se traduit plus efficacement en mouvement vers l'avant, ce qui entraîne une plus grande accélération et un meilleur rendement énergétique.
En résumé, la troisième loi du mouvement de Newton constitue la base fondamentale pour comprendre comment les fusées génèrent une poussée et réalisent des voyages dans l'espace. Il met en évidence l'interaction entre l'action du propulseur expulsé et la force de réaction qui propulse la fusée vers l'avant, permettant ainsi l'exploration humaine et les missions scientifiques au-delà de l'atmosphère terrestre.
