الدفع مقابل الوزن.

يؤثر في صاروخ مستقر على منصة الإطلاق قوتان رئيسيتان: الدفع T الذي يدفعه إلى أعلى، والوزن W = m g الذي يسحبه إلى أسفل (g = 9.81 m/s² على الأرض). ينص قانون نيوتن الثاني على أن القوة المحصلة تجعله يتسارع:

a = (T − W) / m = T/m − g

إذا كان T < W، يبقى الصاروخ على منصة الإطلاق، مهما بدا صوت المحرك قويًا. وإذا كان T = W، يكون التسارع صفرًا: يمكن للصاروخ أن يحوم إذا ظل الدفع مساويًا للوزن تمامًا. لا يرتفع إلا عندما تكون T أكبر من W.

يقارن المهندسون بينهما باستخدام نسبة الدفع إلى الوزن:

T/W = T / (m g)

يمكن عندئذٍ كتابة التسارع على النحو الآتي: a = (T/W − 1) × g. يتسارع صاروخ تبلغ قيمة T/W = 1.5 بمقدار 0.5 g، أي نحو 4.9 m/s²، عند البداية. أما صاروخ تبلغ قيمته T/W = 40 فيتسارع بمقدار 39 g.

ويُعد صاروخ الزجاجة في الدرس السابق مثالًا جيدًا. يبلغ دفعه الابتدائي نحو 300 N. ومع وجود نحو 0.66 litres من الماء (0.66 kg) وكتلة فارغة تبلغ 0.1 kg، تبلغ كتلته نحو 0.76 kg، ويبلغ وزنه 0.76 × 9.81 ≈ 7.5 N. لذلك تكون T/W ≈ 40، ويتسارع الصاروخ بنحو 390 m/s²، أي ما يقارب 40 g. ولا يستمر دفع الماء إلا أقل بكثير من عُشر ثانية، لذلك تنتهي الحال بالزجاجة إلى التحرك بسرعة عشرات الأمتار في الثانية، ثم تواصل حركتها بالقصور الذاتي.

إن مركبة الإطلاق الحقيقية عكس ذلك تمامًا. كانت Saturn V، التي أرسلت رواد الفضاء إلى القمر، تتمتع بدفع عند الإقلاع يبلغ نحو 34 meganewtons وكتلة عند الإقلاع تبلغ نحو 2.9 إلى 3.0 مليون kg. بلغ وزنها نحو 2.9 × 10⁷ N، لذا كانت T/W نحو 1.2 فقط. ارتفعت ببطء في البداية، مع تسارع يبلغ نحو 0.2 g. لكن الدفع استمر لدقائق، وليس لجزء من الثانية، ومع احتراق الوقود الدافع انخفضت الكتلة وازداد التسارع.

صاروخ الزجاجة هو دفعة قصيرة وقوية. أما Saturn V فهي دفعة طويلة وثابتة. ويتبع كلاهما القاعدة نفسها: a = T/m − g.