Ich kann anscheinend nirgendwo eine konkrete Antwort darauf finden.
Ich verstehe, dass es in einer Rakete eine chemische Reaktion gibt, die bewirkt, dass Gaspartikel die Rakete mit hoher Geschwindigkeit verlassen. Nach Newtons drittem Gesetz und der Impulserhaltung führte dies dazu, dass die Rakete angetrieben wurde.
Was fehlt, ist eine physikalische Erklärung dafür, was genau diese Kraft auf die Rakete verursacht, da die meisten Antworten dieses letzte Bit ärgerlicherweise verpassen!
Die Leute verwenden oft eine Skateboard-Bowlingkugel-Analogie. In dieser Analogie jedoch wirft die Person den Ball und der Ball übt beim Werfen eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf die Person aus. Das Problem ist, dass die Rakete den Auspuff nicht "auswirft", da sie die Partikel nicht direkt beschleunigt - dies ist das Ergebnis einer Reaktion. Was genau verursacht also die Kraft auf die Rakete selbst? Ist es der Fall, dass bei der Explosion einige Gaspartikel mit der Raketenbasis kollidieren und die Nose so konstruiert ist, dass Kollisionen maximiert werden, die eine Aufwärtskraft erzeugen?
Ich habe Leute gesehen, die sagten, das sei falsch, oder behaupteten, es sei richtig. Wikipedia sagt:
"Ungefähr die Hälfte des Schubs des Raketentriebwerks kommt von den unausgeglichenen Drücken in der Brennkammer, und der Rest kommt von den Drücken, die gegen das Innere der Düse wirken."
Ich möchte dies in Bezug auf Teilchenkollisionen verstehen können. Ich weiß, dass es aufgrund der physikalischen Gesetze eine Kraft gibt, aber die Leute scheinen sich nicht für die Mechanik der Kraft selbst zu interessieren.
Zurück zur Analogie: Wenn jemand eine Bowlingkugel über Ihr Skateboard werfen würde, würden Sie sich nicht bewegen, genauso wie Partikel, die eine Rakete verlassen, ohne jegliche Kollision, die Rakete nicht bewegen würden (ich weiß, dass das nicht möglich ist , trifft aber hoffentlich meinen Punkt). Hoffe, diese Frage ist sinnvoll.
Angenommen, Sie möchten, dass sich die Rakete nach links bewegt.
In der Brennkammer findet eine chemische Reaktion statt, die zur Erhöhung der kinetischen Energie der Atome/Moleküle führt und diese Moleküle in alle Richtungen bewegen.
Da der Impuls erhalten bleibt, wird die Impulszunahme der Moleküle, die sich nach rechts bewegen, durch die Impulszunahme der Moleküle ausgeglichen, die sich nach links bewegen.
Die sich nach rechts bewegenden Moleküle verlassen den Brennraum durch eine Düse, wo die Geschwindigkeit der Gase stark erhöht wird. Moleküle prallen von der Innenseite der Düse aufgrund der auf sie aufgrund der Wände der Düse ausgeübten Kraft ab, und die Moleküle üben wiederum eine Kraft auf die Düse in Vorwärtsrichtung aus, die einen erheblichen Betrag zum Schub der Rakete beiträgt.
Die sich nach links bewegenden Moleküle treffen auf die linke Seite der Brennkammer und prallen zurück.
Die linke Seite der Verbrennungskammer hat also eine Kraft nach rechts auf die Moleküle ausgeübt, um sie zurückprallen zu lassen, und nach Newtons drittem Gesetz haben die Moleküle, die sich nach links bewegten, eine Kraft nach links auf die Verbrennungskammer und auch die ausgeübt Rakete, die mit der Brennkammer verbunden ist.
Dies unterscheidet sich geringfügig von der Analogie des Werfens einer Bowlingkugel, da es offensichtlich ist, wo die Wechselwirkung zwischen dem Werfer und der Bowlingkugel stattfindet, da dies auf die Kontaktkräfte zwischen der Bowlingkugel und dem Werfer zurückzuführen sein muss.
Beachten Sie, dass das Werfen der Bowlingkugel in Bewegungsrichtung dazu führt, dass der Werfer einen Schwung nach hinten hat und somit eine nach hinten gerichtete Kraft auf das Skateboard zur Folge hat.
Wenn jedoch an der Vorderseite des Skateboards eine vertikale Planke vorhanden wäre, auf die die sich vorwärts bewegende Bowlingkugel auftrifft und von der sie zurückprallt, wäre die Vorwärtskraft auf das Skateboard aufgrund des Zurückprallens der Bowlingkugel größer als die Rückwärtskraft auf das Skateboard aufgrund des Werfers die Bowlingkugel werfen. Es wird also eine Nettokraft auf das Skateboard in Vorwärtsrichtung wirken.
Selbst eine chemische Reaktion würde die Impulserhaltung aufrechterhalten. Die blockierte Seite (Rakete) bewegt sich also nach vorne und die offene Seite (Abgas) nach hinten. Die chemische Reaktion ist notwendig, um das Gas zu erzeugen. Die Geschwindigkeit / Menge des Abgases allein reicht aus, um den gesamten Vorwärtsschub der Rakete zu berechnen. Wenn Sie die Öffnung eines aufgeblasenen Ballons öffnen, bewegt er sich, während die Luft aus ihm austritt, in die entgegengesetzte Richtung. Die Rakete bewegt sich auf die gleiche Weise, mit dem Unterschied, dass die chemische Reaktion weiterhin heißes Gas mit hohem Druck / hoher Geschwindigkeit erzeugt.
In fast jeder Erklärung, wie eine Rakete angetrieben wird, gibt es einen wiederkehrenden Fehler. Newtons drittes Gesetz besagt, dass „für jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion existiert“. Es reicht jedoch nicht aus, einfach zu sagen, dass dieser Raketenantrieb „die Reaktion auf eine andere Kraft“ ist. Sie müssen noch identifizieren und erklären, was diese Kraft ist!
Im Fall einer Rakete ist die Kraft, die die Rakete vorwärts und nach oben treibt, das Ungleichgewicht der Druckkräfte innerhalb der Brennkammer.
Stellen wir uns einen kubischen Behälter vor, sagen wir eine Keksdose, mit 6 Seiten, jede 1 Fuß lang (ich verwende imperiale Einheiten, da sie viel einfacher zu visualisieren sind) lang und mit einem Deckel auf dem Boden, der gehalten wird, aber gelöst werden kann Ein fang. Lassen Sie uns ein Ventil an einer Seite anbringen, durch das Luft gepumpt werden kann. Die Box ist frei aufgehängt und steht nicht in Bodenkontakt oder in Bodennähe.
Legen Sie nun einen Druck von 1 psig (Pfund pro Quadratzoll) in die Box. (Zum Verständnis, der atmosphärische Druck beträgt etwa 14,7 psia oder 0 psig (a = absolut, g = Gauge) und ein typischer Autoreifen etwa 35 psig. Es besteht also ein Differenzdruck zwischen der Innenseite der Box und der Außenseite von 1 Pfund pro Quadrat Zoll. Das bedeutet, dass auf jeder Seite, oben und unten, eine Gesamtkraft von 144 (1 x 12 x 12) Pfund Kraft wirkt (wenn Sie beispielsweise 65 kg oder 144 Pfund wiegen, üben Sie diese Kraft auf die aus Boden, also ist es so, als ob du auf der Kiste stehst)
Bei geschlossenem Deckel sind alle Kräfte im Gleichgewicht. Jede Seitenkraft gleicht die gegenüberliegende Seite aus und die Kraft auf der Oberseite gleicht die Kraft auf dem Deckel aus. Lösen Sie nun die Verriegelung am Deckel. Sofort zieht die Kraft auf den Deckel nicht mehr an der Schachtel und infolgedessen beträgt die Kraft auf der gegenüberliegenden Seite, der Oberseite, 144 Pfund Kraft. DAS ist die treibende Kraft für eine Rakete!! Um den Schub aufrechtzuerhalten, müssen Sie den Druck in der Kammer aufrechterhalten. Wenn also ständig Luft in die Box eingefüllt wird, wird sie weiterhin ein Ungleichgewicht der Kräfte erfahren und sich weiter bewegen/beschleunigen.
Neugierig
Färcher
Neugierig