Tolak ke belakang untuk bergerak ke hadapan

Roket bergerak dengan melontarkan jisim ke belakang. Itulah keseluruhan caranya. Apa sahaja yang dilontarkan oleh roket (gas panas daripada roket sebenar, pancutan air daripada roket botol) dipanggil ekzos. Apabila roket menolak ekzos ke belakang, ekzos menolak roket ke hadapan.

Inilah hukum ketiga Newton: apabila objek A menolak objek B, objek B menolak kembali objek A dengan daya yang sama besar dan berlawanan arah. Kedua-dua daya ini membentuk satu pasangan. Daya itu bertindak pada objek yang berbeza, jadi kedua-duanya tidak saling membatalkan. Tolakan pada ekzos menyebabkan ekzos memecut ke belakang; tolakan pada roket menyebabkan roket memecut ke hadapan.

Idea yang sama boleh ditulis menggunakan momentum, iaitu jisim didarab dengan halaju (p = m v). Jika tiada apa-apa dari luar menolak sistem itu, jumlah momentumnya tidak boleh berubah. Roket dan ekzosnya bermula dalam keadaan pegun, jadi jumlah momentum mereka bermula pada sifar dan kekal sifar:

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

Tanda tolak menunjukkan bahawa kedua-dua halaju menghala ke arah yang bertentangan.

Contoh bayangan tanpa roket langsung: seorang peluncur ais 60 kg yang berdiri di atas ais yang sangat licin membaling bola 3 kg ke hadapan pada 10 m/s. Bola itu mendapat 3 × 10 = 30 kg·m/s, jadi peluncur itu mesti mendapat jumlah yang sama ke belakang: v = 30 ÷ 60 = 0.5 m/s ke arah bertentangan. Roket ialah peluncur ini yang membaling bola yang sangat kecil, berulang kali, pada kelajuan yang amat tinggi.

Apakah yang ditolak oleh roket sebenarnya? Bukan udara dan bukan tanah. Roket menolak ekzosnya sendiri, yang dibawanya bersama. Itulah sebabnya roket boleh berfungsi di ruang kosong, apabila tiada apa-apa yang lain untuk ditolak. Malah, roket berfungsi dengan lebih baik sedikit di situ, seperti yang akan kamu lihat dalam Dunia 4.

Dahulu, perkara ini mengejutkan sesetengah orang. Pada tahun 1920, sebuah editorial akhbar meragui bahawa roket boleh berfungsi di angkasa kerana roket itu tidak mempunyai “apa-apa untuk ditolak”. Akhbar yang sama menerbitkan pembetulan pada bulan Julai 1969, ketika Apollo 11 sedang dalam perjalanan ke Bulan.