جارٍ تحميل المختبر ثلاثي الأبعاد…
جارٍ تحميل الدرس…
← ورشة عمل الصواريخالعالم 1 · الدرس 1 من 4جميع الدروس ↓

قانون نيوتن الثالث.
هل تدرّس هذا؟ افتح وضع جهاز العرض
يتحرك الصاروخ عبر قذف الكتلة إلى الخلف. هذه هي الحيلة كلها. وكل ما يقذفه الصاروخ إلى الخارج (الغاز الساخن من صاروخ حقيقي، أو نفاثة ماء من صاروخ زجاجة) يُسمّى غازات العادم. عندما يدفع الصاروخ غازات العادم إلى الخلف، تدفع غازات العادم الصاروخ إلى الأمام.
هذا هو قانون نيوتن الثالث: عندما يدفع الجسم A الجسم B، يدفع الجسم B الجسم A بقوة متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه. القوتان زوج واحد. وهما تؤثران في جسمين مختلفين، لذلك لا تلغي إحداهما الأخرى. تجعل الدفعة المؤثرة في غازات العادم غازات العادم تتسارع إلى الخلف، بينما تجعل الدفعة المؤثرة في الصاروخ الصاروخ يتسارع إلى الأمام.
يمكن كتابة الفكرة نفسها باستخدام الزخم، وهو حاصل ضرب الكتلة في السرعة (p = m v). إذا لم تدفع أي قوة من خارج النظام هذا النظام، فلا يمكن أن يتغير زخمه الكلي. يبدأ الصاروخ وغازات العادم في حالة سكون، لذلك يبدأ زخمهما الكلي من الصفر ويبقى صفراً:
m_rocket × v_rocket + m_exhaust × v_exhaust = 0، ولذلك m_rocket × v_rocket = −m_exhaust × v_exhaust
تعني إشارة الطرح أن السرعتين تتجهان في اتجاهين متعاكسين.
إليك مثالاً تخيلياً من دون صاروخ إطلاقاً: يقف متزلج كتلته 60 kg على جليد أملس جداً، ويرمي كرة كتلتها 3 kg إلى الأمام بسرعة 10 m/s. تكتسب الكرة زخماً مقداره 3 × 10 = 30 kg·m/s، لذلك يجب أن يكتسب المتزلج المقدار نفسه إلى الخلف: v = 30 ÷ 60 = 0.5 m/s في الاتجاه الآخر. الصاروخ يشبه هذا المتزلج وهو يرمي كرة صغيرة جداً بسرعة هائلة، مرة بعد مرة.
ضد ماذا يدفع الصاروخ ؟ ليس ضد الهواء، ولا ضد الأرض. إنه يدفع غازات العادم الخاصة به، التي يحملها معه. لذلك يعمل الصاروخ في الفضاء الخالي، حيث لا يوجد شيء آخر يدفعه. بل إنه يعمل هناك بكفاءة أعلى قليلاً، كما سترى في العالم 4.
كان هذا الأمر مفاجئاً لبعض الناس ذات مرة. ففي عام 1920، شكك مقال افتتاحي في إحدى الصحف في إمكانية عمل الصاروخ في الفضاء، لأنه لن يكون لديه «شيء يدفعه». ثم نشرت الصحيفة نفسها تصحيحاً في يوليو 1969، بينما كانت Apollo 11 في طريقها إلى القمر.
لماذا يمكن للصاروخ أن يعمل في الفضاء الخالي؟
في صاروخ مائي، على أي جسم تؤثر قوة رد الفعل الناتجة عن نفاثة الماء؟
هل تؤثر القوتان في زوج الفعل ورد الفعل في الجسم نفسه؟