The Rocket in Empty Space

Mecánica Intermedio Gratis VR · AR
The Rocket in Empty Space – Mecánica
The Rocket in Empty Space – Mecánica

Un pequeño cohete flota en reposo junto a un satélite en el espacio profundo, donde no hay nada contra lo que empujar. Quema su combustible en una serie de bocanadas separadas de gas caliente, cada una lanzada hacia atrás con rapidez u respecto al cohete. Cuatro deslizadores fijan la velocidad de escape, la masa de combustible, el tamaño de cada bocanada y la masa del cohete vacío. Pulse reproducir para ver salir las bocanadas una a una hasta agotar el combustible, y lea las dos barras de cantidad de movimiento: la del cohete y la del gas crecen a la vez, iguales y opuestas, y su suma nunca deja de ser cero. Arrastre la línea de tiempo a cualquier instante del encendido. Las distancias recorridas se dibujan 600 veces más cortas para que el cohete siga a la vista; todos los números son reales.

Cómo usar esta simulación

Qué observar

La física detrás

Tome el cohete y todo su escape como un único sistema. Sin gravedad ni aire, nada externo actúa sobre él, así que su cantidad de movimiento total sigue siendo el 0 inicial: Δp cohete = −Δp gas. Cada bocanada de masa Δm sale con velocidad v′ − u, donde v′ es la velocidad del cohete justo después de separarse la bocanada. La conservación para esa bocanada, m v = (m − Δm) v′ + Δm (v′ − u), da v′ = v + Δm·u/m, de modo que cada bocanada añade un poco más de velocidad que la anterior, porque el cohete que empuja es más ligero. Con 20 kg de combustible en veinte bocanadas de 1 kg sobre un cohete vacío de 80 kg, v = u(1/100 + 1/99 + … + 1/81) = 0,2219u: 443,8 m/s para u = 2000 m/s, con +35 504 kg·m/s en el cohete y −35 504 kg·m/s en el gas. Bocanadas más pequeñas se acercan a un encendido continuo, u ln(100/80) = 446,3 m/s. El cohete empuja el gas y el gas empuja el cohete; despegar desde el suelo exige además que el empuje supere al peso.

conservation of momentumrocket propulsionΔp rocket = −Δp gasv′ = v + Δm·u/misolated systemspace3D