Aplicación De Las Leyes De Newton En El Lanzamiento De Una Nave Espacial

Resumen

El siguiente trabajo presenta una aplicación de las leyes de Newton en el lanzamiento de una nave espacial, se analiza el desarrollo de las tecnologías utilizadas y propuestas para lanzamientos naves espaciales, particularmente propulsión, motores, efectos, dificultades y limitaciones técnicas. Para esta investigación se revisaron artículos de base de datos de las correctas aplicaciones de las leyes de Newton.

Objetivo

En el presente trabajo investigativo se da a conocer la presencia e intervención de las leyes físicas de Newton y sus aplicaciones en el proceso de lanzamiento de una nave espacial al espacio exterior, de esta manera permitir de forma fácil y especifica la comprensión de cada uno de los aspectos físicos que se involucran directamente en el desarrollo de dicho proceso.

Introducción

Es importante conocer y comprender los principios físicos, mecánicos y características en general que permiten y hacen posible el lanzamiento de una nave espacial, para ello es fundamental considerar y comprender como influye el área de la física, particularmente las leyes de Newton y su aplicación en este minucioso y relevante proceso. Cabe mencionar que para una mejor comprensión de este tema debemos partir de como los principios y leyes antes mencionadas actúan y están presentes en nuestro diario vivir, como por ejemplo: cuando una persona realiza un salto en particular, así mismo al momento de ejercer algún tipo de fuerza, como también el lanzamiento de un determinado objeto etc. Estas y muchas acciones por más simples que parezcan, presentan la intervención de las leyes de Newton y que es crucial para que un objeto de grandes magnitudes como una nave espacial pueda ser lanzada con éxito al espacio exterior.

Desarrollo

Para poder entender el presente trabajo tenemos que recordar lo que son las Leyes de Newton, estas tres leyes rigen el movimiento en la física Newtoniana. El lanzamiento de naves espaciales es un hecho que ha ido creciendo con el tiempo gracias a los avances tecnológicos, sin embargo, en física, las leyes de Newton en estos sucesos se suelen dar de forma muy peculiar.

Las tres leyes de newton

Isaac Newton (1642-1727) fue un gran físico inglés que a menudo se lo suele considerar como el más grande científico de todos los tiempos, esto gracias a que estableció las bases de la mecánica clásica mediante las leyes que llevan su nombre. Estas leyes son las siguientes:

• Ley de inercia

Todo cuerpo permanecerá en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado por fuerzas externas a cambiar su estado.

• Ley de la interacción y la fuerza

El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz externa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Aquí propone su fórmula para la fuerza como el producto de la masa por la aceleración

Ley de Acción y reacción

• Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria; las acciones mutuas de dos cuerpos

siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos.

Para el estudio del lanzamiento de nave espacial cabe recalcar que se pondrá énfasis en la tercera ley de Newton que es la que rige en dicho suceso, además cabe recalcar que las leyes de Newton solo se aplican a cuerpos que tengan una masa constante, esto es de vital importancia para el posterior estudio del tema en cuestión. Ahora pasemos al estudio del cohete para poder entender su relación con las leyes de Newton.

Funcionamiento del motor de un cohete 

El cohete es el instrumento por excelencia en la exploración espacial, mediante este se logra poner en órbita satélites y naves espaciales, en el último caso, no hay que confundir el concepto de “lanzamiento de nave espacial” pues cabe suponer que es la nave espacial en sí la que realiza tal acción cuando en realidad es el cohete el que se lanza y la nave espacial esta anexada al cohete, por lo tanto estudiaremos lo que pasa en el motor del cohete a ser lanzado hacia el espacio.

Todo combustible necesita de oxígeno para realizar la combustión, para ello, los motores “normales” tienen salidas de aire el cual usan para obtener el oxígeno de la atmosfera, esta es tal vez la más grande diferencia entre un motor vehicular o de reacción y el motor tipo cohete, dado que este último no posee dichas salidas, sino que en cambio tiene cápsulas de oxígeno en su interior, entonces es de suponer que el motor cohete está totalmente sellado y que la combustión de su combustible en su interior se va acumulando y generando gases a presión, creando una gran cantidad de energía potencial que al liberarse desatara una fuerza capaz de elevar el cohete a alturas extraordinarias; para entenderlo mejor, imaginemos un recipiente cilíndrico lleno de gas a presión. Esa presión se ejerce sobre las cuatro paredes con la misma fuerza y por lo tanto el recipiente queda inmóvil porque las fuerzas se compensan. Si destapamos ahora uno de los extremos, el gas sale disparado al exterior por esa abertura, la presión en el extremo que sigue cerrado se ve desequilibrada y el cilindro se pondrá en movimiento. Cuanto mayor sea la presión en el cilindro, mayor será la velocidad que este alcance.

Esta liberación de energía en forma de gases conlleva a una variación en la masa del cohete, pues el combustible combustionado se libera en forma de gas y esto hace que la materia del cohete vaya disminuyendo a cada instante, entonces se determina un sistema de masa variable en este suceso

Aplicando las leyes de newton

En el despegue del cohete podemos analizar que leyes de Newton se aplican, para ello lo haremos de forma separada:

• 1ª Ley de newton (inercia)

Al momento del despegue, el cohete está en reposo absoluto, por lo que para ponerse en movimiento necesita que la fuerza del motor lo empuje, cabe entonces decir que si se aplica la primera ley de Newton.

• 2ª ley de newton (fuerza y movimiento)

En los apartados anteriores se explicó que las leyes de Newton solo son viables a sistemas de masa constante, también se dio a conocer que debido al cambio que sufre el cohete en su masa al momento de su lanzamiento esta es considerada un sistema de masa variable; es así que se deduce que no es posible aplicar la segunda ley de Newton en este suceso.

• 3ª ley de newton (reacción – reacción) 

Es la ley que más rige en este suceso, dado que la energía liberada actúa sobre la superficie, esta última devuelve dicha energía en forma de empuje, haciendo que el cohete salga disparado en forma vertical, la cantidad de combustible y oxígeno en el motor debe ser lo suficientemente alta como para qué la fuerza que libere a la superficie le devuelva la misma fuerza que la lleve hasta fuera de la atmosfera. Entonces se deduce que si se aplica la tercera ley de Newton en este suceso.

Conclusión

En conclusión podemos decir que, para que un cohete pueda fusionar y desarrollarse correctamente se deben involucrar las tres Leyes de Newton en especial, la tercera Ley de Newton, en la que expresa que, “con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria”, por lo que podemos observar en el motor del cohete que cuando la energía se libera actúa sobre la superficie, y por ende esta última energía se devuelve en forma de empuje, haciendo que el motor del cohete funcione y por consecuencia este pueda despegar.

Referencias bibliográficas

• https://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton#Las_leyes_de_la_dinámica