Empuja hacia atrás para ir hacia adelante

Un cohete se mueve arrojando masa hacia atrás. Ese es todo el truco. Lo que el cohete expulsa (gas caliente en un cohete real, un chorro de agua en un cohete de botella) se llama escape. Cuando el cohete empuja el escape hacia atrás, el escape empuja el cohete hacia adelante.

Esta es la tercera ley de Newton: cuando el objeto A empuja al objeto B, el objeto B empuja de vuelta al objeto A con una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta. Las dos fuerzas forman un par. Actúan sobre objetos diferentes, por lo que no se cancelan entre sí. El empuje sobre el escape hace que este acelere hacia atrás; el empuje sobre el cohete hace que este acelere hacia adelante.

La misma idea se puede escribir con el momento lineal, que es la masa por la velocidad (p = m v). Si nada desde fuera empuja al sistema, su momento lineal total no puede cambiar. Un cohete y su escape empiezan en reposo, por lo que su momento lineal total empieza en cero y se mantiene en cero:

m_rocket × v_rocket + m_exhaust × v_exhaust = 0, por lo que m_rocket × v_rocket = −m_exhaust × v_exhaust

El signo menos indica que las dos velocidades apuntan en direcciones opuestas.

Un ejemplo mental sin cohete: un patinador de 60 kg de pie sobre hielo muy liso lanza una pelota de 3 kg hacia adelante a 10 m/s. La pelota gana 3 × 10 = 30 kg·m/s, por lo que el patinador debe ganar la misma cantidad hacia atrás: v = 30 ÷ 60 = 0.5 m/s en la otra dirección. Un cohete es como este patinador lanzando una pelota muy pequeña, una y otra vez, a una velocidad extremadamente alta.

¿Contra qué empuja el cohete? No contra el aire, ni contra el suelo. Empuja contra su propio escape, que lleva consigo. Por eso un cohete funciona en el espacio vacío, donde no hay nada más contra lo que empujar. De hecho, funciona ligeramente mejor allí, como verás en el Mundo 4.

Esto fue una sorpresa para algunas personas. En 1920, un editorial de un periódico dudó de que un cohete pudiera funcionar en el espacio, porque no tendría “nada contra lo que empujar”. El mismo periódico publicó una corrección en julio de 1969, mientras el Apollo 11 iba de camino a la Luna.