Tên lửa hoạt động như thế nào

Một trong những nỗ lực đáng ngạc nhiên nhất mà con người từng thực hiện là sự thám hiểm không gian. Một phần lớn của sự ngạc nhiên ấy là tính phức tạp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tên lửa hoạt động như thế nào Tên lửa hoạt động như thế nào Một trong những nỗ lực đáng ngạc nhiên nhất mà con người từng thựchiện là sự thám hiểm không gian. Một phần lớn của sự ngạc nhiên ấy là tínhphức tạp. Thám hiểm không gian thật phức tạp vì có quá nhiều vấn đề cầnphải giải quyết và có quá nhiều chướng ngại phải vượt qua. Bạn có nhữngthứ đại loại như thế này: - Chân không vũ trụ- Vấn đề điều khiển nhiệt- Khó khăn của việc quay trở vào khí quyển- Cơ học quỹ đạo- Tiểu thiên thạch và các mảnh vụn vũ trụ- Bức xạ vũ trụ và bức xạ mặt trời- Hậu cầu của việc có các thiết bị hoạt động trong môi trường không trọng lượngNhưng vấn đề lớn nhất là việc khai thác đủ năng lượng để đưa phi thuyền ra khỏimặt đất. Đó là nơi động cơ tên lửa xuất hiện. Một mặt, các động cơ tên lửa đơn giản đến mức bạn có thể chế tạo và chobay thử một mẩu tên lửa của riêng bạn với chi phí không đắt chút nào. Nhưng mặtkhác, các động cơ tên lửa (và hệ thống nhiên liệu của chúng) lại phức tạp đến mứcchỉ có ba quốc gia thật sự từng đưa con người lên trên quỹ đạo. Trong bài viết này,chúng ta sẽ khảo sát các động cơ tên lửa để tìm hiểu cách thức chúng hoạt động,đồng thời tìm hiểu một số tính phức tạp xung quanh chúng.Khi đa số mọi người nghĩ về các động cơ, họ hay nghĩ tới chuyển động quay tròn. Vídụ, một động cơ xăng đang hoạt động trong xe hơi tạo ra năng lượng quay để láicác bánh xe. Một động cơ điện tạo ra năng lượng quay để lái một cánh quạt haylàm quay một cái đĩa. Một động cơ hơi nước được dùng cho cái tương tự, đó làtuabin hơi nước và đa số tuabin khí. Các động cơ tên lửa thì khác hoàn toàn. Động cơ tên lửa là động cơ phản lực.Nguyên tắc cơ bản điều khiển một động cơ tên lửa là nguyên lí Newton nổi tiếngphát biểu rằng “với mỗi tác dụng, luôn luôn có một phản tác dụng cùng độ lớn vàngược chiều”. Động cơ tên lửa phóng thích khối lượng ra theo một hướng và thulấy phản lực xuất hiện như một hệ quả theo hướng ngược lại.Khái niệm “ném ra khối lượng và thu lấy phản tác dụng” này ban đầu có thể khólĩnh hội, vì điều đó không có vẻ là cái đang diễn ra. Động cơ tên lửa có vẻ như là lửavà tiếng ồn và áp suất, hình như không có “cái bị ném ra”. Hãy lấy một số thí dụ đểcó hình ảnh tốt hơn của thực tiễn:Nếu bạn bóp cò một khẩu súng săn, nhất là súng săn lớn cỡ 12 li, thì bạn biết nó cólực “giật lùi”. Nghĩa là, khi bạn bóp cò, thì khẩu súng “giật” vai bạn về phía sau vớimột lực khá lớn. Cú giật lùi đó là phản tác dụng. Khẩu súng đang bắn ra khoảng 1ounce kim loại theo một hướng ở tốc độ chừng 700 dặm trên giờ, và vai của bạnhứng lấy phản lực. Nếu bạn đang mang giầy trượt patanh hoặc đang đứng trên mộtsân patanh khi bạn bóp cò, thì khẩu súng sẽ tác dụng y như một động cơ tên lửa vàbạn sẽ phản ứng lại bằng cách trượt đi theo hướng ngược lại.Nếu bạn từng nhìn thấy một vòi cứu hỏa to đang phun nước, bạn có thể để ý thấycần có nhiều sức mạnh để giữ cái vòi (thỉnh thoảng bạn sẽ thấy hai hoặc ba ngườilính cứu hỏa cùng giữ cái vòi). Vòi cứu hỏa tác dụng như một động cơ tên lửa. Cáivòi phun nước ra theo một hướng, và những người lính cứu hỏa sử dụng sức mạnhvà sức nặng của họ để kháng lại phản lực. Nếu những người lính cứu hỏa buông cáivòi ra, tì nó sẽ va đập vòng vòng với lực lớn khủng khiếp. Nếu những người línhcứu hỏa đều đang đứng trên sân trượt patanh, thì cái vòi phun sẽ đẩy họ ra phíasau với tốc độ lớn!Khi bạn bơm một quả bong bóng và để nó bay lên trong phòng trước khi không khíbên trong nó tháo hết ra ngoài, là bạn đã tạo ra một động cơ tên lửa. Trong trườnghợp này, cái đang bị ném ra là các phân tử không khí bên trong quả bóng. Nhiềungười tin rằng các phân tử không khí không có trọng lượng, nhưng thật ra chúngvẫn có trọng lượng, mặc dù không đáng bao nhiêu. Khi bạn tháo chúng ra khỏimiệng vòi của quả bóng, thì phần còn lại của quả bóng phản ứng theo hướngngược lại.Tác dụng và phản tác dụngHãy tưởng tượng tình huống sau đây: Bạn đang mặc một bộ đồ du hành vũ trụ vàbạn đang trôi nổi trong không gian vũ trụ bên cạnh chiếc phi thuyền; tình cờ bạncó một quả bóng chày trong tay.Nếu bạn ném quả bóng chày, cơ thể của bạn sẽ tác dụng lại bằng cách di chuyểntheo hướng ngược lại với hướng của quả bóng. Cái điều khiển tốc độ mà cơ thể củabạn di chuyển ra xa là khối lượng của quả bóng chày mà bạn ném và gia tốc mà bạnđặt vào nó. Khối lượng nhân với gia tốc là lực (f = m*a). Lực do bạn tác dụng vàoquả bóng chày bằng bao nhiêu sẽ được cân bằng bởi một phản lực bằng như vậytác dụng vào cơ thể của bạn (m*a = m*a). Cho nên, thí dụ quả bóng nặng 1kg, và cơthể của bạn cộng với bộ đồ du hành vũ trụ là 100kg. Bạn ném quả bóng ra xa ở tốcđộ 32 m/s. Nghĩa là, thí dụ bạn làm gia tốc quả bóng 1kg bằng tay của mình sao chonó thu được vận tốc 32m/s. Cơ thể của bạn phản ứng lại, nhưng nó nặng hơn quảbóng tới 100 lần. Do đó, nó chuyển động ra xa ở tốc độ bằng một phần trăm tốc độcủa quả bóng, ha ...