자연과학 자료등록 로켓발사의 원리 - 뉴턴의 제3법칙 Up IY

자연과학 자료등록 로켓발사의 원리 - 뉴턴의 제3법칙 Up
 

로켓발사의 원리 : 뉴턴의 제3법칙흔히? 로켓의 발사원리에 관해 설명하거나 많이들은 바에 따르면 로켓의 추진력이 바닥에 작용하여 그 반작용으로 로켓이 상승하는, 뉴턴의 3법칙의 작용과 반작용의 원리를 예로 들며 설명한다. 하지만 이 설명은 쉽게 설명할 순 있지만 정확한 답변은 되지 않는다.
로켓 추진의 특이점은 처음 로켓 내부에 있던 연료를 연소하면서 생기는 추진력으로 날아간다. 로켓의 주어진 힘은 바로 이 연료를 통해 방출된 물질에 의해 추진력을 받아 앞으로 나아가게 되는데 이것이 일종의 작용과 반작용이다. 운동량 보존의 법칙 ?: P=mv우주공간에서 날아가고 있는 우주선은 빈공간에 연료를 분사하고 있지만, 앞으로 나아간다. 다시말해 로켓은 공중에 떠오르기 위해 땅바닥을 치는것이 아니다.? 그렇다면 어떤 원리로 우주공간에서 로켓이 앞으로 향할 수 있는 것일까?우주 공간에서 나아가고 있는 로켓은 『외부에서 힘이 작용하지 않는 닫힌상태』 이다. 바로 이 상태가 운동량 보존 법칙의 성립조건이다. 외부에서 이 계에 힘이 작용하고 있지 않아야 한다는 것이다. 운동량 P 는 질량과 속력의 곱으로 나타네며 P=mv 로 기술한다.이 운동량 보존의 법칙을 우주공간에서의 로켓 추진을 예로 그 적용방법에 대해 설명하고자 한다.운동량 보존의 법칙의 실제적용 사례 : 우주 왕복선로켓 추진의 흥미로운 점은, 로켓의 질량은 연료가 줄어듦에 따라 감소하며, 질량의 감소로 인해 추진력이 증가한다는 점이다.

위의 그림은 지상에서 발사되는 장면이지만 여기서는 우주공간에서의 예를 들어 볼 것이다.질량이 m 이고 초기속력이 v인 로켓의 처음 운동량은 이다.

그리고 연료 단위시간 dt 당 로켓의 질량은 dm 만큼 감소하며 이때 dt 초 동안 연소된 연료의 량은 -dm 이다.
연소되는 연료에 대한 로켓의 상대속도를
로켓에 대한 연소되는 연료의 상대속도를?
이라 두면 연료의 운동량은
이고, 시간간격 dt가 지난 뒤 로켓의 속력은 v+dv로 증가하고, 질량은 m+dm 만큼 감소하므로 로켓의 운동량은
따라서 시간 t+dt 에 대한 나중 운동량은
이다. 운동량 보존의 법칙이 성립함으로

로 타나낼 수 있는데 여기서 dmdv 는 값이 매우 작기 때문에 무시할 수 있다.
다시 정리하면

따라서 로켓의 추진력과 속력은
이다.
질량비 은 처음 질량을 모든 연료가 연소된 후의 질량으로 나눈 값이…(생략)
 

  
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