Impulsione para frente.

Um foguete se move lançando massa para trás. Esse é todo o truque. Tudo o que o foguete lança para fora (gás quente de um foguete real, um jato de água de um foguete de garrafa) é chamado de exaustão. Quando o foguete empurra a exaustão para trás, a exaustão empurra o foguete para a frente.

Essa é a terceira lei de Newton: quando o objeto A empurra o objeto B, o objeto B empurra o objeto A de volta com uma força de mesma intensidade e direção oposta. As duas forças formam um par. Elas atuam em objetos diferentes, então não se anulam. O empurrão na exaustão faz a exaustão acelerar para trás; o empurrão no foguete faz o foguete acelerar para a frente.

A mesma ideia pode ser escrita usando quantidade de movimento, que é a massa vezes a velocidade (p = m v). Se nada de fora empurrar o sistema, sua quantidade de movimento total não pode mudar. Um foguete e sua exaustão começam em repouso, então sua quantidade de movimento total começa em zero e continua em zero:

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

O sinal de menos indica que as duas velocidades apontam em direções opostas.

Um exemplo imaginário sem foguete: um patinador de 60 kg, parado em um gelo muito liso, joga uma bola de 3 kg para a frente a 10 m/s. A bola ganha 3 × 10 = 30 kg·m/s, então o patinador precisa ganhar a mesma quantidade para trás: v = 30 ÷ 60 = 0,5 m/s na outra direção. Um foguete é como esse patinador jogando uma bola muito pequena, várias vezes, em uma velocidade extremamente alta.

Contra o que o foguete empurra contra? Não é o ar nem o solo. Ele empurra contra sua própria exaustão, que leva consigo. É por isso que um foguete funciona no espaço vazio, onde não há mais nada contra o que empurrar. Na verdade, ele funciona um pouco melhor lá, como você verá no Mundo 4.

Isso já foi uma surpresa para algumas pessoas. Em 1920, um editorial de jornal duvidou que um foguete pudesse funcionar no espaço, porque ele não teria “nada contra o que empurrar”. O mesmo jornal publicou uma correção em julho de 1969, enquanto a Apollo 11 estava a caminho da Lua.