Ракета летит, отталкиваясь от воздуха

В наш век уже никого нельзя удивить космическими поле­тами, хотя всего полвека назад это было удивительным дости­жением науки, а век назад — фантастикой, вызывавшей смех общественности.

Космос стал «обыденностью» благодаря труду ученых со всего мира, но родоначальником космонавтики по праву считается русский ученый Константин Эдуардович Циол­ковский — именно он создал теоретическую базу науки о косми­ческих полетах. До сих пор любой космический запуск и любой полет происходит по законам, сформулированным Циолковским еще около века назад.

И именно Циолковский был первым популяризатором, простым языком рассказывавшим о полетах ракет, о космосе

и явлениях, в нем происходящих. Но, несмотря на то что с тех пор прошло почти сто лет, многие из наших современников имеют весьма превратные представления о полете ракеты, о невесомости и о других явлениях, связанных с космическими полетами.

Пожалуй, самым популярным и стойким заблуждением яв­ляется объяснение полета ракеты тем, что она отталкивается от воздуха реактивной струей. Это утверждение существует с тех самых пор, как ракета вообще начала использоваться человеком (а произошло это примерно два тысячелетия назад в Китае), а в конце XIX и вплоть до середины XX века оно даже прочно за­крепилось в умах вполне образованных людей.

Но на самом деле ракета вовсе не отталкивается от воздуха, напротив — воздух мешает полету реактивного снаряда, не давая ему развить максимальную скорость. Именно для снижения сопротивления воздуха ракетам придают обтекаемую форму, рассчитанную по всем законам аэродинамики. Если ракета не отталкивается от воздуха во время полета, тогда как она движется? Все просто — здесь все дело в известном с XVII века законе действия и противодействия, открытом Исааком Ньютоном.

Наверное, каждому известно такое явление, как отдача. Кто-то из нас сталкивался с нею лично, а кто-то видел это явление только в кино. Суть отдачи проста: при выстреле оружие резко отбрасывается назад, и если не предпринять некоторых мер, то пистолет может просто вырваться из рук, а ружье может стать причиной вывиха плеча. В чем дело? В законе сохранения импульсов, вытекающем из третьего закона Ньютона о равенстве действия и противодействия.

Суть закона сохранения импульса проста: суммарный импульс системы тел (в нашем случае ружья и пули) всегда остается постоянным. При этом каждое из тел, входящих в эту систему, может иметь свой импульс (то есть двигаться), но сумма импульсов всех тел системы не будет изменяться, оставаясь постоянной во времени. Но это справедливо ровно до тех пор, пока не вмешается воздействие любого постороннего тела, не входящего в рассматриваемую систему.

Если все сказанное выше применить к ружью и пуле, то картина в этом случае получается довольно простая. До выстрела суммарный импульс системы равен нулю (ведь и пуля, и ружье находятся в покое), а значит, и после выстрела он должен оставаться нулевым (до момента соприкосновения пули с землей или мишенью). Это значит, что пуля и ружье должны двигаться в противоположные стороны, а скорости движения пропорциональны массам: легкая пуля пролетит сотни метров, а тяжелое ружье — не более нескольких десятков сантиметров.

Примерно то же самое происходит в ракете. В упрощенном виде ракету можно представить как цилиндрическую камеру, в одном из торцов которой проделано отверстие. В камере происходит сгорание топлива, в результате которого образуется большой объем нагретых до высокой температуры газов. Эти газы давят на все стенки камеры, но могут выходить только через отверстие в одном из торцов.

Здесь наблюдается полная аналогия с ружьем и пулей. Вырывающийся из отверстия (называемого соплом) газ обладает большой скоростью, но малой массой. А по закону сохранения инерции сама камера должна начать двигаться в противоположную сторону, что и происходит в реальности. И никакое отталки­вание реактивной струи от воздуха здесь ни при чем: слишком уж малой плотностью обладают воздух и истекающие из ракеты газы.

Стоит заметить, что ракета — единственное средство, позволяющее передвигаться в безвоздушном пространстве. Хотя буквально век назад даже серьезные ученые выражали сомнение в том, что ракета вообще сможет двигаться в космосе. Но закон равенства действия и противодействия и вытекающий из него закон сохранения импульса, открытый Ньютоном, сделал это возможным, разрушив несостоятельные мифы о ракетах и дав человеку в руки мощный инструмент исследования и за­воевания космического пространства.