Spingi indietro per andare avanti

Un razzo si muove lanciando massa all’indietro. Questo è tutto il trucco. Qualunque cosa il razzo espella (gas caldo da un razzo vero, un getto d’acqua da un razzo ad acqua) si chiama gas di scarico. Quando il razzo spinge il gas di scarico all’indietro, il gas di scarico spinge il razzo in avanti.

Questa è la terza legge di Newton: quando l’oggetto A spinge l’oggetto B, l’oggetto B spinge a sua volta l’oggetto A con una forza di uguale intensità e direzione opposta. Le due forze formano una coppia. Agiscono su oggetti diversi, quindi non si annullano a vicenda. La spinta sul gas di scarico fa accelerare il gas di scarico all’indietro; la spinta sul razzo fa accelerare il razzo in avanti.

La stessa idea si può esprimere con la quantità di moto, che è la massa moltiplicata per la velocità (p = m v). Se nulla dall'esterno spinge il sistema, la sua quantità di moto totale non può cambiare. Un razzo e i suoi gas di scarico partono da fermi, quindi la loro quantità di moto totale parte da zero e rimane zero:

m_rocket × v_rocket + m_exhaust × v_exhaust = 0, quindi m_rocket × v_rocket = −m_exhaust × v_exhaust

Il segno meno indica che le due velocità puntano in direzioni opposte.

Un esempio ipotetico senza alcun razzo: uno skater di 60 kg fermo su ghiaccio molto liscio lancia in avanti una palla di 3 kg a 10 m/s. La palla acquista 3 × 10 = 30 kg·m/s di quantità di moto, quindi lo skater deve acquistarne la stessa quantità all'indietro: v = 30 ÷ 60 = 0,5 m/s nella direzione opposta. Un razzo è come questo skater che lancia una palla molto piccola, ancora e ancora, a una velocità enorme.

Contro cosa spinge il razzo? Non contro l'aria e nemmeno contro il terreno. Spinge contro i propri gas di scarico, che porta con sé. Ecco perché un razzo funziona nello spazio vuoto, dove non c'è nient'altro contro cui spingere. Anzi, lì funziona leggermente meglio, come vedrai nel Mondo 4.

Un tempo questo fatto sorprese alcune persone. Nel 1920 un editoriale di giornale dubitava che un razzo potesse funzionare nello spazio, perché non avrebbe avuto “nulla contro cui spingere”. Lo stesso giornale pubblicò una correzione nel luglio 1969, mentre Apollo 11 era diretto verso la Luna.