الصاروخ سلاح ذو حدين، فهو إما أنه يأخذك للفضاء وإما أنك تستخدمه في الحرب والدمار. فإن كنت تريد الذهاب إلى الفضاء احزم أمتعتك لأننا سنذهب في رحلة لمعرفة كيف يعمل الصاروخ الذي سنصنعه.

أبسط فكرة للصاروخ، تتمثل في حجرة صغيرة تحتوي على غاز تحت ضغط معين. إذا قمنا بفتح جزء من هذه الحجرة سيخرج الغاز المضغوط وينتج الهواء دفع من الخلف، يجعل الصاروخ يتحرك في الجهة الأخرى.

البالون، مثال صغير على هذا..  حيث أنَّ الهواء يكون مضغوطًا بقوة الحائط المطاط للبالون فيقوم الهواء بالدفع عكس ضغط هذا المطاط، فيحدث الاتزان.

إذا قمت بفك عنق البالون سيخرج الهواء من خلاله، ويتحرك البالون في الاتجاه المعاكس.

عندما نفكر في الصاروخ، فنحن نادرًا ما نفكر في البالون. بالرغم من العربات الضخمة التي تحمل الأقمار الصناعية إلى المدار والمركبات الفضائية إلى القمر والكواكب. مع ذلك فإن هناك تشابه قوي بين الاثنين.

الشيء الوحيد المختلف، هو طريقة إخراج الغاز المضغوط. ففي الصواريخ الفضائية يخرج الغاز نتيجة الاحتراق بشكل قد يكون صلبًا أو سائلًا أو مزيجًا من الاثنين. الأمر المثير للدهشة أنَّ مبدأ عمل الصواريخ يُستخدم لأكثر من ألفي سنة، لكن منذ فقط ثلاث مئة سنة تم عمل اختبارات ووضع أساسيات كيفية عملها.

من المعروف أنَّ نيوتن وضع ثلاث أساسيات التي تبين حركة كل الأشياء. استطاع الإنسان صنع الصواريخ العملاقة الحديثة في القرن العشرين، مثل زحل الخامس والمكوك الفضائي. وهنا الشكل البسيط لقوانين نيوتن للحركة:

الأشياء الساكنة، ستبقى ساكنة. والأشياء المتحركة، ستبقى متحركة إلا إذا تم التأثير عليها بقوة غير متوازنة.

القوة، تساوي الكتلة مضروبة في العجلة.

لكل فعل؛ هناك دائمًا رد فعل يساويه في القوة، ويعاكسه في الاتجاه.

قانون نيوتن الأول:

هذا القانون حقيقة، هو ضرب من الخيال، فلا يمكن تطبيقه في الواق. لكن لفهم هذا الأمر يمكننا تخيله. ببساطة كل شيء في هذه الحياة تؤثر عليه قوة خارجية. إن اعتبرنا أنَّك تجلس على كرسي ثابت فأنت تقول أن الكرسي في حالة ثبات، ولكن هذا الأمر نسبي فيُمكن أن تكون جالسًا على كرسي ثابت بداخل طائرة بينما هي تزيد من سرعتها. لذا فأنت والكرسي فعلًا تتحركان.  الأمر المهم، هو معرفة أنَّ عدم التحرك مرتبط بالتأثيرات الخارجية.

فإذا قمنا بتعريف السكون أنَّه اختفاء الحركة، فسنجد أنه ليس موجوداً في الطبيعة، حتى وإن كنت مثلًا في بيتك وعلى كرسي ثابت، فهذا المنزل يوجد على الأرض والأرض تتحرك حول الشمس والشمس تتحرك أيضًا والمجرة بأكملها في حركة دائمة؛ فإذا اختفت التأثيرات الخارجية يمكننا القول بأنَّ الشيء الثابت في حالة سكون.

الحركة أيضًا شيءٌ  نسبيٍّ. فهل رأيت من قبل شيء يتحرك ولا يقف؟ بالتأكيد لا. فأنت إذا قمت بتحريك كرة على الأرض تجدها توقفت نتيجة للتأثيرات الخارجية، وهكذا يعمل الصاروخ يقوم بتوفير القوة المطلوبة للإطلاق والاستمرار في الحركة للتغلب على التأثيرات الخارجية.

الشيء الآخر هو أنَّك إذا قمت برمي كرة إلى الأعلى فإنها تعود إليك نتيجة تأثير الجاذبية عليها في الاتجاه العكسي، والصاروخ يعمل بهذه الفكرة أيضاً فيتم إطلاق الصاروخ إلى أعلى ويبقى في حركة عكس الجاذبية. والجاذبية أيضًا هى التي تنظم حركة المركبات الفضائية والأقمار الصناعية حول الأرض، وهي التي تنظم حركة الكواكب حول الشمس بطريقة مستقرة.

قانون نيوتن الثالث:

سنتحدث عن القانون الثاني بعد هذا، والقانون الثالث يبين لنا أنَّ كل فعل له رد فعل مساوٍ له في القوة ومعاكس له في الاتجاه.

وهكذا ينطلق الصاروخ ليقوم بالتغلب على قوة الجاذبية التي يسببها له وزنه. يتم الاحتراق، ويخرج الغاز المحترق من الأسفل لينتج قوة إلى الأسفل. هذه القوة المؤثرة إلى الأسفل، يكن لها رد فعل في عكس اتجاهها تؤثر على الصاروخ نفسه، فيبدأ بالتحرك إلى الأعلى.

والصاروخ يعمل في الفضاء أفضل من ذلك، حيث لا توجد قوة تشد الصاروخ إلى الوراء. فإذا قام بإخرج الغازات من الخلف فإنها تدفعه إلى الأمام، فالغازات تتحرك بسهولة أكثر.

قانون نيوتن الثاني:

هذا القانون هو معادلة رياضية تتكون من الكتلة (m)، والعجلة (a)، والقوة (f)

والقانون هو : f=ma

لو أخذنا هذا المثال البسيط، هنا المدفع يقوم باطلاق قذيفة، المدفع نفسه له كتلة والقذيفة أيضاً لها كتلة، وعند الإطلاق تتحرك القذيفة بعجلة معينة والمدفع نفسه أيضاً يتحرك، وعندما نطبق القانون الثالث لنيوتن وهو قانون رد الفعل نجد التالي

f =m(cannon) * a(cannon)

f= m(ball) * a(ball)

وكلا القوتان تساوي بعضهما بالتأكيد طبقًا لقانون نيوتن الثالث.

m(ball) * a(ball) = m(cannon) * a(cannon)

من النظر إلى هذه المعادلة تجد أن العجلة تختلف على حسب الكتلة، فعجلة الكرة أعلى من عجلة المدفع نفسه،.لأن الكرة أقل وزناً من المدفع؛ أمَّا المدفع فكتلته كبيرة لذلك تكون عجلته صغيرة جدًا، فيتحرك حركة بسيطة عكس اتجاه إطلاق القذيفة.

بتطبيق هذا القانون البسيط نستطيع حساب السرعة التي يحتاجها الصاروخ للهروب من جاذبية الأرض والوصول إلى الفضاء، فتجد أن السرعة المطلوبة للوصول لمدار منخفض حول الأرض هي 28000 كم/ساعة، والسرعة المطلوبة لترك الأرض والحركة في الفضاء العميق 40250 كم/ساعة، وهذه تسمى سرعة الهروب.

يبدو أننا سنحتاج محركًا عملاقاً في الصاروخ للهروب من الأرض، وهذا يحتاج الكثير من المال، لذلك لا تحضر أمتعتك اليوم.

إعداد: مالك المغربي

مراجعة: إسلام سامي

تدقيق: ريما رباح

تصميم: مالك المغربي

تحرير: ندى المليجي

المصدر:

http://1.usa.gov/1wpAwdN