¿Cómo se aceleran los cohetes en el espacio (o vacío) en ausencia de cualquier material para proporcionarles la fuerza de reacción requerida?

Imagina que estás sentado en un bote en medio de un lago. Quieres volver a la orilla pero has perdido los dos remos. Podrías salir y nadar o patear para mover el bote, pero desafortunadamente el lago está infestado de Piraña.

Sin embargo, por suerte en el fondo del bote hay un montón de rocas del tamaño de una pelota de softball. Lo que debe hacer será bastante obvio: debe levantar las rocas y tirarlas, una por una, tan fuerte como pueda en la dirección alejada del punto en la orilla que desea alcanzar. El bote se moverá en la dirección opuesta y pronto estará seguro en tierra, si no se queda sin rocas primero.

¿Pero cuándo sucede el “empuje” real? Solo puede suceder durante los momentos en que su mano realmente está arrojando la piedra. Tan pronto como la roca salga de tu mano, tú y el barco han recibido todo el empuje que recibirás de ese evento de lanzamiento de roca en particular. No importa lo que golpea después de tirarlo o si se salta del agua o golpea un árbol en la orilla opuesta. Pero cuanto más fuerte arrojes cada piedra, más pronto llegarás a la orilla.

Durante el evento de “lanzamiento” de una fracción de segundo, su mano empuja la roca y la roca empuja hacia usted (y, por lo tanto, el bote) con la famosa fuerza “igual y opuesta” de Newton. Si estuvieras parado en la orilla y arrojando la misma roca, tus músculos resistirían inconscientemente este empuje (o te caerías hacia atrás con cada lanzamiento). En el agua, este empuje inverso hace que su bote se mueva a través del agua.

En un motor de cohete en funcionamiento, debe pensar en cada molécula de combustible como una versión pequeña de una de esas rocas. Quemar el combustible aumenta la temperatura y la presión del combustible en la cámara del cohete, que convenientemente tiene un agujero que apunta hacia atrás lejos de la dirección en la que desea ir. Los gases calientes salen de este agujero y el cohete recibe innumerables pequeños empujones desde cada molécula de gas.

Sin embargo, tenemos que preguntarnos aquí, ¿qué empuja contra qué? Recuerde, el combustible del cohete en llamas es un gas, y un gas es principalmente un espacio vacío. ¿Dónde está el “toque” que permite que suceda la acción y la reacción?

En mi mente, pienso en ello como rebotar una pelota. Las moléculas altamente energéticas de combustible quemado rebotan, rebotan unas contra otras y rebotan contra las paredes de la cámara de empuje. Todos los rebotes laterales se cancelan ya que hay tantas moléculas viajando a la izquierda como a la derecha. Sin embargo, los rebotes de la parte superior de la cámara de empuje no están equilibrados con los correspondientes rebotes contra la parte posterior, debido a ese gran agujero allí abajo. Los momentos en que las moléculas rebotan en la parte superior de la cámara de empuje son análogas a la fracción de segundo cuando su mano empuja la roca mientras la arroja. Una vez que las moléculas de combustible están saliendo del puerto de escape, no contribuyen a empujar más al cohete, todo lo que hacen es apartarse para que otras moléculas en llamas puedan llenar el espacio por encima de ellas y rebotar en la parte superior de la cámara de empuje, continua empujando el cohete a velocidades cada vez más altas.

¿Cómo funcionan los cohetes en el espacio?

Muchas personas, tal vez la mayoría, tienen la idea errónea de que un cohete funciona empujando algo. Si alguna vez has visto el lanzamiento de un cohete, esto parece una suposición razonable: parece que el cohete está empujando contra el suelo. Dado que en el espacio no hay nada contra lo que empujar, ¿cómo puede funcionar un cohete? Pero esto es de hecho una idea errónea: un cohete no necesita nada contra lo que empujar, y cuando se lanza un cohete, no está empujando contra el suelo de ninguna manera significativa.

Otros han mencionado la tercera ley de Newton, pero la aplicación práctica es esta: si arrojas algo lejos de ti, te mueves en la dirección opuesta. Este principio es fácil de demostrar. Si te sientas en una balsa en una piscina y arrojas algo, digamos una pelota de baloncesto, lejos de ti, tú y la balsa flotarán en la dirección opuesta. El baloncesto no está presionando nada, y ni el aire ni la gravedad tienen nada que ver con este efecto. Este efecto funciona bien en el espacio. Si estabas flotando libremente en el espacio interestelar, sin nada cerca de ti, mientras sostenías una pelota de baloncesto (ojalá tengas un traje espacial), y arrojas la pelota de baloncesto lejos de ti, saldrás corriendo en la dirección opuesta.

Dos factores intervienen para determinar qué tan rápido se va:

• ¿Cuánta masa estás tirando? Si arrojas una pelota de golf lejos de ti a 10 km / h, te alejará a cierta velocidad. Lanza una bola de boliche lejos de ti a 10 km / h y saldrás rápidamente en la dirección opuesta.
• ¿Qué tan rápido lo estás tirando? Si tira una pelota de baloncesto a 10 km / h, tendrá un cierto efecto en usted. Tíralo a 20 km / h, y tendrá el doble de efecto.

Los cohetes funcionan exactamente con el mismo principio, pero en lugar de tirar pelotas de baloncesto, tiran gases calientes. La mayoría de los cohetes funcionan mezclando un combustible y un oxidante en una cámara de combustión y encendiéndolos, y permitiendo que los gases calientes sean expulsados ​​a través de una boquilla, de esta manera:

Tirar los gases calientes a través de la boquilla tiene exactamente el mismo efecto que tirar la pelota de baloncesto mientras estaba sentado en la balsa. Los gases no empujan contra nada: cuando el motor del cohete expulsa los gases calientes hacia atrás, el cohete avanza.

Hay otros tipos de motores de cohetes, pero todo se reduce al mismo principio: a través de algún proceso, arrojan algo por la parte posterior y eso hace que avancen.

Toda propulsión funciona de acuerdo con las leyes de movimiento de Newton; a saber, para cada acción hay una reacción igual y opuesta. Por lo tanto, si arrojas una pelota lejos de ti, experimentarás una fuerza en la dirección opuesta. En la Tierra, esto suele ser insignificante, pero si estuvieras en el espacio, cada movimiento que intentes causará un efecto igual y opuesto. Por lo tanto, si trataste de lanzar una pelota en un entorno de cero G, experimentarás esta reacción de retroceso que hará que te muevas en la dirección opuesta, de modo que el impulso total después del lanzamiento sea el mismo que el impulso anterior al lanzamiento.

Para un cohete, el impulso del escape del cohete se impartirá al cohete. La tasa de cambio en el momento (es decir, la tasa a la cual el combustible se agota multiplicado por la velocidad de escape) le dará la fuerza o empuje del motor. Finalmente, el cambio en la velocidad que se puede lograr está dado por una simple ecuación de cohete que depende linealmente de la velocidad de escape. El límite último o superior a la velocidad final está dado por la energía almacenada en el combustible. Sin embargo, este límite superior no se puede lograr debido a la eficiencia del motor del cohete.

La eficiencia de un cohete se puede entender al considerar cómo se transfiere la energía del combustible a la energía del movimiento del cohete. En el lanzamiento, el cohete es estacionario y, por lo tanto, no tiene energía de movimiento. La columna de escape del cohete transporta una gran cantidad de energía que se pierde en el cohete. Esta es la fase menos eficiente del lanzamiento de un cohete. A medida que el cohete gana velocidad, la velocidad de escape efectiva se reduce en relación con el punto de lanzamiento, lo que significa que la energía en el combustible se convierte más eficientemente en movimiento. El motor será más eficiente cuando la velocidad del cohete se acerque a la velocidad de escape.

Toda propulsión funciona de acuerdo con las leyes de Newton porque encapsulan una propiedad fundamental del espacio, que es la conservación del impulso. Esta ley de conservación está asociada con la propiedad de que las leyes de la física son iguales en todas partes, según el teorema de Noether. No tenemos ninguna razón para refutar esta propiedad, por lo que es un principio fundamental detrás de cualquier forma de propulsión.

Todas las formas de movimiento de naves espaciales se basan en la conservación del impulso, desde el concepto de la vela solar, donde se utiliza el impulso de la luz para conducir la nave, hasta la honda gravitacional, donde el impulso planetario se transfiere a una nave espacial en un sobrevuelo cercano . Todos los diseños de propulsión de naves espaciales funcionan según este principio.

En última instancia, es la conservación del impulso y la conservación de la energía lo que gobierna todos los vuelos espaciales propuestos desde ahora hasta el futuro lejano. Estas propiedades fundamentales del espacio-tiempo son la razón principal por la que los viajes espaciales interestelares pueden nunca ser alcanzables para los astronautas humanos.

No estoy seguro de qué quiere decir exactamente con esta pregunta, pero supongo que se pregunta cómo pueden quemar combustible si no hay oxígeno.

En pocas palabras, todos los cohetes transportan oxígeno líquido sobreenfriado o tienen algún tipo de oxidante. (Un oxidante es una sustancia química que libera oxígeno cuando se calienta). Incluso cuando están en la atmósfera, la cantidad de combustible que se quema es demasiado para obtener su oxígeno del aire a su alrededor como lo hace un avión. Después de todo, un solo motor F-1 (había 5 en el Saturn V) puede quemar más de 250 galones de queroseno por segundo. [1] Esto requiere más de 400 galones de oxígeno líquido por segundo para mantener una combustión estable y eficiente.

Mientras que los cohetes de combustible líquido generalmente usan oxígeno líquido como oxidante, los cohetes de combustible sólido usan una variedad de oxidantes diferentes. En la cohetería amateur, el nitrato de potasio (60–68%) se usa a menudo en combinación con azúcar de mesa (32–40%) para hacer propulsor de caramelo r, ya que es económico pero aún funciona bien. [2] En el Space Shuttle Solid Rocket Boosters, el oxidante era perclorato de amonio (69.8%) que proporcionaba oxígeno para el polvo de aluminio atomizado (16%) y el aglutinante que también actúa como combustible, PBAN (12%).

Por lo tanto, la atmósfera circundante no afecta la combustión de un cohete, ya sea líquido o sólido.

Notas al pie

[1] Rocketdyne F-1 – Wikipedia

[2] Caramelo de cohete – Wikipedia

Hay una falla recurrente en casi todas las explicaciones de cómo se impulsa un cohete. La Tercera Ley de Newton establece que “para cada acción hay una reacción igual y opuesta”. Sin embargo, no es suficiente decir simplemente que esta fuerza impulsora de cohetes es “la reacción a otra fuerza”. ¡Todavía tienes que identificar y explicar qué es esa fuerza!

En el caso de un cohete, la fuerza que impulsa el cohete hacia adelante y hacia arriba es el desequilibrio de las fuerzas de presión dentro de la cámara de combustión.

Imaginemos un contenedor cúbico, digamos una lata de galletas, con 6 lados, cada 1 pie (usaré unidades imperiales ya que son mucho más fáciles de visualizar) largas y con una tapa en la parte inferior que se sostiene pero puede ser liberada por una captura. Pongamos una válvula en un lado a través de la cual se puede bombear aire. La caja está suspendida y no está en contacto ni cerca del suelo.

Ahora ponga una presión de 1 psig (libra por pulgada cuadrada) en la caja. (para comprender, la presión atmosférica es de aproximadamente 14.7 psia o 0 psig (a = absoluto, g = calibre) y una llanta de automóvil típica es de aproximadamente 35 psig. Por lo tanto, hay una presión diferencial entre el interior de la caja y el exterior de 1 libra por cuadrado pulgada. Eso significa que hay una fuerza total que actúa en cada lado, la parte superior y la parte inferior, de 144 (1x12x12) libras de fuerza. (Si pesas, digamos 65 kg o 144 libras de peso, estás ejerciendo esa fuerza sobre el suelo así que es como si estuvieras parado en la caja)

Mientras la tapa está encendida, todas las fuerzas están en equilibrio. Cada fuerza lateral equilibra el lado opuesto y la fuerza en la parte superior equilibra la fuerza en la tapa. Ahora suelte el cierre de la tapa. Inmediatamente, la fuerza en la tapa ya no tira de la caja y, como resultado, la fuerza en el lado opuesto, la parte superior, es de 144 libras de fuerza. ¡ESA es la fuerza impulsora de un cohete! Para mantener el empuje, debe mantener la presión en la cámara, de modo que si se agrega aire continuamente a la caja, continuará experimentando un desequilibrio de fuerzas y continuará moviéndose / acelerando.

Los cohetes son motores de reacción, son ejemplos de trabajo de las Leyes de movimiento de Newton, especialmente la tercera ley, parafraseados como “cada acción tiene una reacción igual pero opuesta”. Entonces, al “empujar” la masa fuera de un extremo, los cohetes crean un empuje (fuerza) en la dirección opuesta.

La cantidad de empuje que se produce es proporcional a la cantidad de masa que se expulsa, y también es proporcional a la aceleración con la que se expulsa esa masa (segunda ley de Newton).

Por supuesto, los cohetes solo pueden llevar una cantidad limitada de masa de reacción con ellos en el lanzamiento, por lo tanto, cuanto más rápido se pueda acelerar esa masa, mejor, en términos de empuje generado, es por eso que muchos cohetes explotan con gran fuerza exotérmica (generación de calor / “Explosivo”), que se ven bastante espectaculares en el lanzamiento desde la Tierra!

¿Tu pregunta implica que estabas pensando que los cohetes de las naves espaciales necesitarían usar el oxígeno en el aire para quemar combustible? Esto generalmente es incorrecto, incluso aquellos cohetes que realmente usan oxígeno tienden a llevarlo consigo ya sea en forma líquida criogénica (extremadamente fría) o como otro compuesto químico fuertemente oxidante.

Diferentes motores de cohetes alcanzan su aceleración de diferentes maneras: cubro todos los diferentes tipos de propulsión interplanetaria actualmente en uso activo y cómo funcionan (tanto en términos de química como de física) en el Episodio 2 de Ultra Frontier Explorer que puedes ver aquí:

Editado para agregar: esta es mi respuesta a la pregunta original del Asker que fue: “¿Cómo pueden funcionar los cohetes de propulsión en el vacío del espacio?”
¡El Asker ha fusionado eso con una pregunta diferente! Entonces, si lees esta respuesta bajo otra pregunta y no parece encajar? – es por eso.

Es un malentendido común suponer que los gases de combustión expulsados ​​de la boquilla del cohete deben tener un material circundante para proporcionar una fuerza de reacción. En realidad, los cohetes funcionan mejor con menos aire exterior. Un motor cohete disparado en un banco de pruebas en Denver a mayor altitud exhibirá más empuje que el mismo motor disparado al nivel del mar en Cabo Cañaveral. Si más aire fuera mejor, de lo que esperaría obtener más empuje si el aire exterior fuera más denso. Considere esto: un motor de cohete típico podría tener una presión en la cámara de combustión de 400 psi. Supongamos que pudiéramos aumentar la presión del aire exterior a 400 psi. ¡Ahora el cohete realmente tendría algo contra lo que empujar y desarrollaría un empuje fantástico! ¡Incorrecto! Debido a que las presiones interior y exterior son las mismas, no habrá flujo hacia afuera de los gases de escape y ¡empuje cero!

“En el espacio exterior, ¿cómo se mueven los cohetes si el ambiente es un vacío?

Aprendí en sexto grado que cada acción tiene una reacción igual y opuesta. Pero en el espacio está vacío y vacío, por lo que el cohete no puede “empujar” nada. ¿Cómo se mueven?

PD: si pudieras responder con alguna información de fondo. eso sería genial, estoy tan confundido XD ”

Estás confundido … y también eres bastante rápido en el teclado. Unos minutos más y es posible que haya notado que esta pregunta no es única. Esta pregunta, en todas sus variaciones, se hace una vez por semana aquí en Quora.

Voy a proponer un ejercicio mental:

Imagina un globo … en el espacio.

“¿No funcionaría el globo POP sin presión de aire para equilibrar la presión del aire dentro del globo?”

Sí, sí lo haría. ¡Muy bien! Te mantienes bien.

Ahora, imagine que nuestro globo en el espacio está unido a una tarjeta de juego u otro objeto plano plano similar.

¿Qué le sucede a la tarjeta cuando explota el globo?

Así es, la presión de escape lo aleja del resto de los pedazos de globo reventado.

Ahora imagina tu globo dentro de un cubo de metal. Imagine la tarjeta de juego unida al exterior del cubo. ¿Lo que pasa?

El globo explota (naturalmente), y los pedazos de globo estallado se expanden hacia afuera de la presión de escape … solo que esta vez la presión de escape es canalizada por el balde de modo que parte del aire que escapa sale de la boca del balde, y el resto empuja contra el interior del cubo. La reacción igual y opuesta significa que el balde se mueve un poco, lejos del extremo de la boca del balde, y en cualquier dirección que apunte el fondo del balde. La tarjeta de juego unida al exterior está a lo largo del recorrido.

Ahora imagine que, en lugar de un cubo, tiene un motor de cohete. En lugar de que explote un gran globo, tienes toneladas de oxígeno e hidrógeno licuado que arden furiosamente y todo ese gas increíblemente alto que escapa escapa de la boquilla del motor de ese cohete. La boquilla canaliza el empuje de esos gases ardientes lejos de sí misma, y ​​es empujada por el empuje que actúa contra el interior de la boquilla. En lugar de una tarjeta de juego en la parte superior del motor del cohete, construyes una cápsula espacial, y también está lista para el viaje.

Espero que esto sea lo suficientemente claro como para seguir …

Robert Frost tiene una gran respuesta allí, pero lamentablemente los cohetes químicos son una muy mala manera de demostrar esto, creo, con el combustible y la masa de reacción siendo lo mismo, esto es algo muy raro en el mundo de los cohetes.

Saltemos a un cohete nuclear del que Heinlein estaría orgulloso. Su combustible allí sería uranio, no va a ninguna parte, solo calienta las cosas a medida que pasan, ahora podemos olvidarnos por completo del combustible, lo que le da impulso es la masa de reacción que es lo que esté calentando dentro del reactor y tirando hacia atrás, cuanto más rápido pueda tirarlo hacia atrás, mayor será su eficiencia, más será empujado en la dirección opuesta a la que se arroja.

Las unidades de iones disparan efectivamente un haz de partículas detrás de ellos, una pequeña porción de xenón o algo más es la masa de reacción, el combustible es un RTG o alguna otra fuente de electricidad. Estas cosas son estúpidamente eficientes debido a la alta velocidad que arrojan las partículas por la parte posterior, ya sea con un empuje muy bajo porque las partículas individualmente no pesan mucho.

Para entender la respuesta en primer lugar, deberíamos discutir cómo algo se mueve en una dirección particular. Esto se debe a la tercera Ley de Newton, comúnmente expresada como “cada acción tiene una reacción igual y opuesta”.

Ahora, no es necesario que el escape del cohete empuje contra nada, EXCEPTO EL BARCO MISMO. Verá, cuando la combustión de combustible tiene lugar dentro del cohete (piense en un cilindro vertical largo con el ‘fondo’ abierto) los gases de escape producidos se expanden rápidamente en todas las direcciones. Las moléculas chocan contra cualquier cosa en su camino ejerciendo una pequeña fuerza cada una. Por lo tanto, algunas moléculas empujan contra el lado ‘derecho’ y algunas empujan contra el lado ‘izquierdo’, y todas estas fuerzas laterales se cancelan entre sí. Algunas moléculas chocan contra la ‘parte superior’ del cilindro, pero como no hay fondo del cilindro, ¡no hay fuerza para cancelar esto! Por lo tanto, la fuerza neta estará en la dirección ‘arriba’.

Otra forma de pensar sobre la situación es como un problema de conservación del impulso. Cualquier sistema aislado conservará el impulso total. Por lo tanto, si imagina un barco estacionario, más las moléculas de combustible y oxígeno en el barco, p = 0. Si se disparan unos trillones de átomos de escape en una dirección hacia el vacío del espacio, el resto de la nave debe moverse en la dirección OPUESTA con el mismo impulso (masa x velocidad).

Aquí está la explicación más simple que puedo agregar para aumentar algunas de las excelentes respuestas anteriores. Si infla un globo, luego suéltelo sin atarlo, ¿qué sucede? Expulsa el aire bajo presión con gran fuerza, y el globo sale volando hasta que la presión interna cae a casi la presión atmosférica. No se requiere atmósfera para esta demostración, siempre y cuando el globo pueda contener el aire bajo presión hasta que pueda liberarse. De hecho, si de alguna manera pudieras liberarlo en el vacío, volaría más tiempo, debido a que (1) tiene más diferencia de presión entre él y el exterior, por lo que hay más “combustible” y (2) no hay fricción con el ambiente para frenarlo. Del mismo modo, un cohete combina y quema un combustible con un oxidante (ambos transportados dentro del cohete) para crear una diferencia de presión similar. Luego expulsa el escape a una velocidad muy alta, y el resto del cohete reacciona moviéndose en la dirección opuesta (como el ejemplo de la bala de cañón y la patineta mencionado anteriormente). Sin embargo, a diferencia de un globo, el cohete tiene un sistema de guía que utiliza aletas mientras aún está en la atmósfera, y la capacidad de cambiar ligeramente la dirección del escape para volar en línea recta. Cuando eso no es suficiente, pueden usar propulsores de maniobra externos.

El escape del cohete no necesita nada contra lo que empujar, tiene inercia.

Imagina que estás en un gimnasio de la escuela secundaria, dando vueltas en la silla de la oficina del entrenador. Ahora, una vez que te aburras de jugar, imagina que te detienes y un amigo te da el tiro y apuesta que no puedes atravesarlo lo suficiente como para alcanzar la meta del baloncesto.

El disparo es una bola de metal que pesa 7.260 kilogramos (16.01 lbs), pero hay pizza y orgullo en la línea. Flexionas tus bíceps. Lanzas el peso tan fuerte como puedas.

¿Qué le sucede a la silla en la que estás sentado?

Bueno, si el tiro pesa 16 libras y tú pesas 160 libras y lanzas el tiro a 5 metros por segundo (puedes ser un atleta olímpico pero estás sentado en una silla), entonces rodarás hacia atrás a aproximadamente 50 cm / s hasta te detienes

¿Importa si el disparo da en el arco? No es asi. Usted impartió un cierto impulso en la toma, y ​​al hacerlo impartió el impulso opuesto a usted mismo. Su velocidad es una décima parte de la velocidad de los disparos porque pesa diez veces más.

Aspira todo el aire del gimnasio y nada de material cambiará.

En el despegue, el Saturno-V arrojó 13 toneladas de propulsor por segundo hacia abajo a miles de millas por segundo para levantar 7 millones de libras hacia arriba en un arrastre. El hecho de que el escape del cohete golpeara el suelo era irrelevante. De hecho, el escape tenía que ser desviado hacia un lado por una placa de acero masiva o habría rebotado y destruido el refuerzo.

En el espacio, nada cambia. Si un motor de cohete lanza una pequeña masa de escape volando a alta velocidad, la gran masa de la nave espacial se acelerará en la dirección opuesta a una velocidad mucho menor. No necesita nada contra lo que luchar sino la inercia de su propio combustible.

No estoy seguro de por qué la respuesta del Sr. Anand estaba oculta, tiene razón en que es la primera ley de Newton. Quizás su respuesta podría usar un poco más de detalle.

Cuando se dispara un motor de cohete, puede ver la acción: todas las llamas y los gases calientes se expulsan por la parte posterior. Pero no tiene razón al decir que el aire da reacción. La llama no empuja contra el aire, y el aire no tiene nada que ver con eso.
La acción es arrojar gases a alta velocidad por la espalda.
La reacción es que el motor (y el cohete adjunto) se mueven hacia adelante con una fuerza idéntica. Las dos fuerzas son iguales, pero en dirección opuesta para que se cancelen. La fuerza dentro del motor empuja el gas muy ligero a muy alta velocidad. Esa fuerza empuja el vehículo mucho más pesado hacia adelante a una velocidad mucho más lenta, pero la fuerza involucrada es la misma en cada dirección.

Puede experimentar con esto en una silla de escritorio con ruedas. Elige algo que sea arrojable, pero bastante pesado (es posible que puedas hacer esto en tu imaginación). Siéntese en la silla con los pies en el piso, pero sin balancearse, en algún lugar de la silla. Ahora, tan fuerte como puedas, tira la cosa frente a ti. Retrocederá, al menos un poco.

Esa fuerza que lo empuja hacia atrás es la “reacción”. Es igual y opuesta a la fuerza con la que atraviesa el “lo que fue”.

Funciona igual en el vacío.
Aunque debes recordar contener la respiración.

La fuerza de reacción es una fuerza ejercida sobre el cuerpo A por el cuerpo B si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre el cuerpo B. Las fuerzas tienen la misma magnitud pero diferentes direcciones. Los cohetes se aceleran porque expulsan la masa de ellos (ejercen una fuerza sobre él) y obtienen la misma fuerza aplicada sobre ellos en una dirección opuesta. El aire o su ausencia son totalmente irrelevantes aquí. Si soy astronauta y sostengo una pelota de tenis en mi mano en el espacio y la tiro, seré arrojado en la dirección opuesta con la misma fuerza que ejercí sobre mi pelota de tenis. Por supuesto, las masas son diferentes, por lo que obtendría una aceleración mucho menor que la pelota. Pero el principio es el mismo. No necesito aire para moverme en el espacio.

No sé si está comparando un avión que necesita aire para avanzar contra un cohete. Un motor a reacción es diferente de un motor de cohete. No soy ingeniero de cohetes, pero el principio es que en una combustión necesitas combustible y oxidante.

El motor a reacción solo transporta combustible. El oxidante es el aire. Los motores de cohete transportan combustible y oxidante. Pero, nuevamente, esto es lo que causa la explosión (acción). En ambos casos, la nave avanza y acelera debido a la fuerza de reacción.

En el espacio, un motor no tiene nada contra qué empujar. Entonces, ¿cómo se mueven los cohetes allí? Los cohetes funcionan según una regla científica llamada la tercera ley del movimiento de Newton. El científico inglés Sir Isaac Newton enumeró tres leyes de movimiento. Lo hizo hace más de 300 años. Su tercera ley dice que para cada acción, hay una reacción igual y opuesta. El cohete empuja su escape. El escape también empuja el cohete. El cohete empuja el escape hacia atrás. El escape hace que el cohete avance.

Esta regla se puede ver en la Tierra. Imagina a una persona parada en una patineta. Imagina a esa persona lanzando una bola de boliche. La pelota irá hacia adelante. La persona en la patineta también se moverá. La persona se moverá hacia atrás. Debido a que la persona es más pesada, la bola de boliche se moverá más lejos.

Courtsey: http://www.nasa.gov

Imagina un contenedor:

Una explosión tiene lugar dentro de este contenedor. Aquí está mi mejor intento de dibujar una explosión:

Una explosión es simplemente una rápida expansión de gases. Por lo tanto, los gases se expandirán rápidamente:

Y eventualmente, dentro de pequeñas fracciones de segundo, estos gases llenarán uniformemente el contenedor:

En este punto, el gas está ejerciendo una fuerza (es decir, presionando) sobre las paredes internas del recipiente, y esta fuerza es exactamente la misma en todas las direcciones . Por ejemplo:

Las flechas de arriba representan cuatro direcciones de ejemplo donde el gas en expansión ejerce presión / fuerza en el interior del recipiente. (Podría dibujar un número infinito de tales flechas para representar las fuerzas que actúan en todas y cada una de las direcciones).

Debido a que la fuerza ejercida es la misma en todas las direcciones, cada fuerza que “empuja” el contenedor desde el interior se cancela por su fuerza opuesta. En otras palabras:

La fuerza que empuja hacia arriba se cancela con la misma cantidad de fuerza que empuja hacia abajo .

La fuerza que empuja hacia la derecha se cancela con la misma cantidad de fuerza que empuja hacia la izquierda .

La fuerza que empuja en la dirección de la una en punto se cancela por la misma fuerza que empuja en la dirección de las siete en punto . Y así.

Debido a esta cancelación de fuerzas, el contenedor permanece estacionario a pesar de la enorme presión interna.

Es como si intentaras mover una mesa empujándola desde un lado mientras alguien más la empujaba con la misma fuerza desde el lado opuesto: las fuerzas se cancelarían y la mesa no se movería en absoluto.

Ahora la parte importante: imagina si el contenedor anterior no tiene fondo :

El gas ya no podría ejercer una fuerza / presión sobre el fondo del recipiente, porque el fondo no existe .

La “porción” de gas que anteriormente ejercía una fuerza descendente sobre el contenedor ahora escapará del contenedor, porque no hay nada que lo detenga. Llamamos a este escape de gas el escape :

Como el fondo ya no existe, ya no puede haber ninguna fuerza que empuje hacia el fondo del contenedor para contrarrestar la fuerza opuesta que empuja hacia la parte superior del contenedor.

Por lo tanto, la fuerza hacia arriba empujará (levantará) el objeto hacia arriba.

Esta es la razón por la cual un cohete puede acelerar en ausencia de cualquier fuente visible de fuerza: porque el material (es decir, el gas en expansión) que proporciona la fuerza requerida está dentro del mismo cohete .

En el espacio, los cohetes se mueven sin aire para empujar. ¿Que esta pasando?

Los cohetes y motores en el espacio se comportan de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Isaac Newton: cada acción produce una reacción igual y opuesta.

Cuando un cohete dispara combustible por un extremo, esto impulsa el cohete hacia adelante, no se requiere aire.

La NASA dice que este principio es fácil de observar en la Tierra. Si te paras en una patineta y lanzas una bola de boliche hacia adelante, esa fuerza te empujará a ti y a la patineta hacia atrás. Sin embargo, debido a que su peso en la patineta es más pesado que el de la bola de boliche, no se moverá tan lejos.

Ese es el desafío que enfrentan los ingenieros al diseñar motores espaciales. Sí, una pequeña cantidad de empuje empuja la nave hacia adelante, pero a menudo se necesita una gran cantidad de combustible para ir a cualquier parte rápidamente. Más combustible significa más peso, lo que aumenta el costo de una misión.

Para ahorrar dinero al disparar a planetas lejanos como Júpiter, algunas naves espaciales giran alrededor de un planeta (por ejemplo, Venus) y usan su gravedad para aumentar la velocidad. Esto acorta el tiempo que lleva llegar a otros destinos.

“Un cohete se lanza sobre la tierra mientras aplica un empuje al aire”. Esta afirmación no es correcta.

Un cohete se empuja debido a la expansión de gases calientes desde la cámara de combustión.

A medida que los gases calientes se expanden a través de la boquilla convergente divergente del motor del cohete, alcanzan una alta velocidad. Allí el impulso cambia de cero a un valor muy alto. Esta es la acción.

Esta acción produce una reacción igual y opuesta según la tercera ley del movimiento. Esta reacción igual y opuesta proporciona el empuje al cohete.

Por lo tanto, no necesita un ambiente o aire para que un cohete lo impulse. Mientras expulse algo de masa del cohete a alta velocidad (aquí gases calientes en forma de escape del cohete) continuará siendo empujado. No importa si estás en el espacio o en la atmósfera.

Los materiales que proporcionan la reacción son combustible y oxígeno .

Cuando se queman, fluyen por la boquilla y, como establece la Tercera Ley de Newton, “Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta”, el cohete se mueve hacia adelante (en la dirección opuesta al escape).

Si esos materiales no están presentes, el cohete no se acelerará, pero esto es lo mismo que decir que el cohete no tiene combustible . Supongo que por material, se refería al oxígeno presente en su entorno, como en un avión. Los cohetes usan la misma idea que los motores a reacción (combustible de combustión y oxígeno para crear empuje), pero los cohetes tienen su propio oxidante (tanque de oxígeno) y, obviamente, su propio combustible.

(Puede ver arriba que un cohete no depende de ningún asunto desde afuera. Consulte esta página [1] para ver más sobre cómo funcionan).

Conclusión: si un cohete no tiene combustible y / u oxígeno, no puede continuar produciendo empuje y no se acelerará . (Es decir, a menos que se vea afectado por la gravedad (una fuerza) y pueda perder o ganar velocidad).

Notas al pie

[1] https://www.nasa.gov/pdf/153415m …