Newtonin lait pätevät avaruudessakin

Kaikki liikkuvat kappaleet noudattavat kolmea yksinkertaista lakia, jotka nerokas tiedemies Isaac Newton kirjoitti yli 300 vuotta sitten.

Newtonin lakien pohjalta voidaan laskea aivan tarkasti, miten kappale liikkuu, jos vain tunnetaan voimat, jotka siihen vaikuttavat.

Liikelait pätevät aina: olipa kyseessä pyörän liikuttaminen polkimia painamalla tai avaruusraketin lähettäminen Kuuhun.

Mitä liike on?

Raketti liikkuu kaikissa avaruuslennon vaiheissa Newtonin kolmen liikelain mukaisesti.

Ensimmäinen laki: Jos kappaleeseen ei vaikuta ulkoinen voima, se pysyy levossa tai jatkaa tasaista suoraviivaista liikettä

Kun raketti on paikallaan Maassa ennen laukaisua, siinä on käynnissä sisäinen köydenveto. Painovoima yrittää vetää rakettia alaspäin, kun taas sen alusta työntää vastaan yhtä suurella, päinvastaisella voimalla. Tätä voimaa kutsutaan normaalivoimaksi. Voimat kumoavat toisensa – niiden summa on nolla – ja siksi raketti pysyy paikallaan.

Toinen laki: Voima on yhtä kuin massa kertaa kiihtyvyys

Rakettimoottorit sytytetään, ja raketti alkaa kohota kohti taivasta. Se kiihtyy, koska sen moottorien tuottama voima on suurempi kuin painovoima.

Kiihtyvyys eli se, miten nopeasti vauhti kasvaa, voidaan laskea tarkasti Newtonin toisen lain perusteella:

Kiihtyvyys = voima / massa

Kolmas laki: Voima on yhtä suuri kuin vastavoima

Kaukana avaruudessa, missä Maan painovoima vaikuttaa enää minimaalisen vähän, rakettimoottori voidaan sammuttaa ja raketti jatkaa eteenpäin tasaisella nopeudella, kuten ensimmäinen liikelaki kuvaa. Tarvittaessa moottori voidaan sytyttää uudelleen.

Kolmas laki kertoo, että moottorin työntäessä pakokaasuja taaksepäin tietyllä voimalla raketti liikkuu vastapäiseen suuntaan – siis eteenpäin – yhtä suurella voimalla.

Liike taistelee muita voimia vastaan

Newtonin ensimmäisen lain mukaan kappale jatkaa liikettään, jos sitä ei estä mikään ulkoinen voima. Kaikesta liikkeestä tekee kuitenkin ennemmin tai myöhemmin lopun voima, jota kutsutaan kitkaksi.

Liikkeen pysäyttävä voima tunnetaan myös hankausvastuksena ja ilmanvastuksena. Se jarruttaa niin autoja ja ammuksia kuin Newtonin kehdoksi kutsutun laitteenkin toimintaa.