The Rocket in Empty Space

Mécanique Intermédiaire Gratuit VR · AR
The Rocket in Empty Space – Mécanique
The Rocket in Empty Space – Mécanique

Une petite fusée flotte au repos à côté d'un satellite dans l'espace lointain, où il n'y a rien sur quoi pousser. Elle brûle son carburant en une série de bouffées de gaz chaud, chacune éjectée vers l'arrière à la vitesse u par rapport à la fusée. Quatre curseurs règlent la vitesse d'éjection, la masse de carburant, la taille de chaque bouffée et la masse de la fusée vide. Lancez la lecture pour voir les bouffées partir une à une jusqu'à épuisement du carburant, et lisez les deux barres de quantité de mouvement : celle de la fusée et celle du gaz grandissent ensemble, égales et opposées, et leur somme ne quitte jamais zéro. Faites glisser la ligne de temps jusqu'à n'importe quel instant de la combustion. Les distances parcourues sont dessinées 600 fois plus courtes pour que la fusée reste visible ; tous les nombres sont exacts.

Comment utiliser cette simulation

Ce qu’il faut observer

La physique derrière

Prenez la fusée et tout son gaz éjecté comme un seul système. Sans gravité ni air, rien d'extérieur n'agit sur lui : sa quantité de mouvement totale reste égale au 0 de départ, Δp fusée = −Δp gaz. Chaque bouffée de masse Δm part à la vitesse v′ − u, où v′ est la vitesse de la fusée juste après la séparation. La conservation pour cette bouffée, m v = (m − Δm) v′ + Δm (v′ − u), donne v′ = v + Δm·u/m : chaque bouffée ajoute un peu plus de vitesse que la précédente, car la fusée qu'elle pousse est plus légère. Avec 20 kg de carburant en vingt bouffées de 1 kg sur une fusée vide de 80 kg, v = u(1/100 + 1/99 + … + 1/81) = 0,2219u : 443,8 m/s pour u = 2000 m/s, avec +35 504 kg·m/s dans la fusée et −35 504 kg·m/s dans le gaz. Des bouffées plus petites se rapprochent d'une combustion continue, u ln(100/80) = 446,3 m/s. La fusée pousse le gaz et le gaz pousse la fusée ; décoller du sol exige en plus une poussée supérieure au poids.

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