Hola, encontré esta pregunta simplemente “mirando alrededor” y pensé que podría tratar de ayudarte a responderla.
Voy a ‘ir al grano’ un poco primero, solo por diversión. La respuesta simple a su pregunta es que un Saturno V no sería mucho más pequeño si los efectos atmosféricos fueran insignificantes. No mucho en absoluto. Este es el por qué:
Cuando un cohete se asienta en la superficie de la tierra (o en su plataforma de lanzamiento, si lo desea), la gravedad actúa sobre el cohete, intentando tirar de él hacia el centro de la tierra. Esta fuerza gravitacional es compensada (o ‘reaccionada’) por una fuerza hacia arriba provista por la plataforma de lanzamiento, mientras el cohete permanezca allí.
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Cuando los motores del cohete se encienden y su fuerza de empuje hacia arriba excede la fuerza de la gravedad, el cohete comenzará a moverse fuera de la plataforma de lanzamiento.
A medida que el cohete se aleja de la plataforma de lanzamiento, suceden 3 cosas importantes: la gravedad continúa tirando del cohete, intentando devolverlo a la tierra. Segundo, el aire que fluye sobre el cohete crea una fuerza de arrastre sobre el cohete que actúa en sentido opuesto a su dirección de movimiento. En tercer lugar, cuando el cohete vuela, su sistema de guía intenta “dirigir” el cohete hacia la trayectoria adecuada para entrar en órbita alrededor de la tierra. Esto implica cambiar un poco la dirección del empuje del motor de vez en cuando para lanzar el cohete de tal manera que se mueva en la dirección que queremos que vaya. Esto (particularmente para cohetes grandes como un Saturno V) generalmente implica girar un poco los motores de los cohetes para cambiar la dirección de su empuje.
Las 3 cosas principales que describí anteriormente requieren el gasto de un poco de la energía del cohete (o ‘combustible’, si lo desea) para anular sus efectos.
A medida que el cohete se aleja de la tierra (digamos del punto A al punto B), la gravedad ejerce una fuerza sobre el cohete hacia el centro de la tierra. Esta fuerza, combinada con el movimiento del cohete desde el punto A al punto B, constituye la energía que el cohete tiene que “luchar” para volar. También se dice que la gravedad está ‘haciendo trabajo’ en el cohete. El “trabajo realizado” en el cohete por gravedad al volar del punto A al punto B representa una pérdida de energía, también llamada “pérdida de gravedad” del punto A al punto B. Las “pérdidas por gravedad” son algo muy importante que mantenemos. seguimiento de cuándo descubrir la trayectoria de un cohete, y se guardan en forma explícita.
La fuerza de arrastre que mencioné anteriormente actúa en la dirección opuesta al movimiento del cohete. Esta fuerza, combinada con el movimiento del cohete desde el punto A al punto B, constituye más energía que el cohete tiene que “luchar” para volar. Llamamos a esta pérdida de energía debido al arrastre de la atmósfera una ‘pérdida de arrastre’. Las pérdidas por arrastre también se guardan en el libro cuando calculamos la trayectoria de un cohete.
A medida que el sistema de guía del cohete intenta dirigir el cohete en vuelo, los motores del cohete se alejan momentáneamente de la dirección del movimiento. Esto es necesario para dirigir el cohete. Sin embargo, esta acción de apuntar el empuje del motor lejos de la dirección del movimiento también representa una pérdida de energía, porque el empuje que se está aplicando (momentáneamente, al menos) no se aplica en la dirección que queremos ir, y por lo tanto ‘ vano’. La “pérdida” asociada con esto se denomina “pérdida de dirección”. Las pérdidas de dirección son normalmente lo suficientemente pequeñas como para que se puedan guardar o no en libros en diferentes trabajos que hacemos, dependiendo exactamente de lo que estamos tratando de lograr.
Para un vehículo grande como el Saturno V, se puede decir que varias cosas son ciertas.
Primero, dado que el vehículo se levanta de la plataforma muy lentamente y acelera muy lentamente, la gravedad tiene muchas oportunidades de actuar sobre ella. Diríamos que la ‘pérdida de gravedad’ en el Saturno V es bastante grande.
En segundo lugar, la ‘pérdida de resistencia’ para el Saturno V (o casi cualquier otro cohete grande) es bastante pequeña. De hecho, la tendencia para esto es que cuanto más grande es el cohete, menor es la pérdida de resistencia en comparación con las otras pérdidas, todas las demás cosas son iguales.
Tercero, la “pérdida de dirección” es bastante menor en comparación con las otras pérdidas, y normalmente es un poco más pequeña que la “pérdida por arrastre”.
Si observamos la trayectoria de un cohete mucho más pequeño (digamos un Delta 2), encontraríamos que la ‘pérdida por arrastre’ es bastante mayor, como porcentaje de las pérdidas totales, que con el Saturno V. Cuanto más pequeño es el cohete, mayor es el papel que juegan las ‘pérdidas por arrastre’. Para cuando lleguemos a un cohete muy pequeño (digamos 20 o 30 pies de largo), la ‘pérdida por arrastre’ puede ser fácilmente el jugador más grande de todos.
Entonces, para cuando un cohete se vuelve tan grande como el Saturno V, lo que normalmente sucede es que la “ regla ” de las pérdidas por gravedad, la pérdida de arrastre juega un papel bastante pequeño y las pérdidas de dirección son casi insignificantes. No malinterpretes una cosa: la magnitud del número real de la pérdida por arrastre puede ser bastante grande, pero es pequeña como porcentaje de las pérdidas totales.
Espero que encuentres útil lo anterior.
