איך רקטה נוסעת כשאין מה לדחוף?

שלוש מילים לפני הכול. הנוסחה בעצם משפט קצר. כל אות היא מילה:

המילה הכי מבלבלת: תאוצה. היא לא המהירות עצמה, אלא כמה מהר המהירות משתנה. עגלה עם תאוצה 5 מתחילה מ-0 ומרוויחה 5 מ/ש בכל שנייה:

המספרים הם מהירות, במטר לשנייה.

איך הכוח מתחלק. דמיין שהכוח הוא 12 סוכריות, והמסה היא 3 ילדים. כל ילד מקבל 12 ÷ 3 = 4. ככה גם כאן: הכוח מתחלק על כל קילוגרם. לכן כשרוצים למצוא תאוצה, מחלקים:

דוגמה פתורה. דוחפים עגלה של 2 ק"ג בכוח של 10 ניוטון. מה התאוצה?

1. מה ידוע? F = 10, m = 2.
2. מה מחפשים? את a, אז מחלקים: a = F ÷ m.
3. מציבים מספרים: a = 10 ÷ 2.
4. מחשבים: a = 5. כלומר המהירות עולה ב-5 מ/ש בכל שנייה.

עכשיו אתה. תמיד אותם ארבעה צעדים: מה ידוע, מה מחפשים, מציבים, מחשבים.

הפוך: כמה כוח צריך? לפעמים יודעים איזו תאוצה רוצים, ומחפשים כוח. אז כופלים, כמו בנוסחה המקורית: F = m × a.

דוגמה: עגלה של 3 ק"ג, ורוצים תאוצה 5. אז F = 3 × 5 = 15 ניוטון.

תנע אומר כמה קשה לעצור משהו. כדור טניס שזורקים אליך קל לעצור. משאית באותה מהירות, הרבה פחות. גם מהירות קובעת: משאית שזזה ממש לאט אפשר לעצור בקלות יחסית.

דוגמה פתורה. מחליק של 30 ק"ג נע ב-6 מ/ש. התנע שלו: 30 × 6 = 180.

מחליק של 90 ק"ג נע ב-2 מ/ש. התנע שלו: 90 × 2 = 180. אותו תנע, כי הכבד איטי יותר.

החוק. כששניים דוחפים זה את זה, כל אחד מקבל אותו תנע, לכיוונים הפוכים. אם יודעים את התנע, מוצאים מהירות בחילוק: מהירות = תנע ÷ מסה.

זה אותו חוק של המחליקים. כשאתה זורק חפץ, הוא מקבל תנע לצד אחד ואתה מקבל את אותו תנע לצד השני. כל חפץ נזרק במהירות 12 מ/ש.

דוגמה: זורקים ארגז של 12 ק"ג. התנע שלו 12 × 12 = 144. האסטרונאוט שוקל עכשיו כ-127 ק"ג, אז הוא מקבל 144 ÷ 127, בערך 1.1 מ/ש.

1. כדי לנוע אל החללית, זרוק חפץ מהחללית והלאה.
2. אם אתה נע מהר מ-0.8 מ/ש, תתרסק. כדי לבלום, זרוק משהו קטן אל החללית.
3. שים לב: חפץ קטן לא יספיק כדי להגיע בזמן, וחפץ גדול מדי ידרוש בלימה חזקה.

מה המטרה? להגיע למהירות עצומה. כדי להישאר במסלול צריך 9.4 ק"מ בשנייה. במהירות כזאת מגיעים מתל אביב לירושלים בפחות מ-7 שניות.

היחס הוא הכול. מחלקים את מסת הרקטה בהתחלה במסה בסוף, אחרי שהדלק נגמר.

דוגמה: רקטה של 100 טון שנשארת עם 20 טון. היחס הוא 100 ÷ 20 = 5.

החלק המפתיע. בכל פעם שהיחס מוכפל, מקבלים רק את אותה תוספת קבועה, ולא פי 2:

המספרים הם ק"מ/ש. בכל הכפלה נוספים בערך 2.4.

למה צריך שלבים. המיכל שוקל משהו גם כשהוא ריק, ולכן אי אפשר להגיע ליחס 16 בשלב אחד. הפתרון: לזרוק מיכל ריק באמצע. זה כמו טיול עם בקבוקי מים: כל בקבוק ריק שזורקים (לפח!) מקל על ההמשך.

1. בחר יעד.
2. התחל מ-300 טון בשלב 1 ו-60 טון בשלב 2, ולחץ שיגור. זה אמור להספיק למסלול.
3. בשביל הירח ומאדים הוסף גם שלב 3. שלב עליון קטן שווה הרבה, כי הוא לא צריך להרים כלום מעליו.