Kažkada pasakojau apie tai, kodėl skrenda lėktuvai, visokius Bernulio dėsnius ir panašius baisumus pristatinėdamas. Turbūt atsimenate, kad lėktuvams skristi būtinas oras. Remiantis šiuo aiškinimu, atrodo keista, kaip gali skristi raketos kosminėje erdvėje, kur jokio oro nėra, o tarpplanetinės dujos yra gerokai per retos panašiems efektams, kaip lėktuvus kelianti jėga, sukelti. Jei taip jums atrodo, galite nesijausti vieniši – taip ilgą laiką galvojo net ir rimti mokslininkai, kol kažkas pademonstravo vakuume veikiantį raketos prototipą. Bet kad išsklaidyčiau visas abejones ir klausimus, trumpai papasakosiu apie esminį principą, kuris leidžia raketoms judėti pirmyn.
Šis principas vadinasi judesio kiekio tvermės dėsnis. Judesio kiekis yra toks fizikinis dydis, lygus kūno masės ir jo judėjimo greičio sandaugai. Kadangi greitis yra vektorius, tai ir judesio kiekis yra vektorius, t.y. turi ne tik dydį, bet ir kryptį. Ir bene visose fizikinėse sistemose tas judesio kiekis yra tvarus dydis, t.y. nekinta laikui bėgant. Štai pavyzdžiui sukasi Mėnulis aplink Žemę. Jei šią sistemą izoliuotume nuo aplinkos (t.y. neatsižvelgtume į Žemės sukimąsi aplink Saulę ir Saulės – aplink Galaktikos centrą), tai bendras sistemos judesio kiekis būtų lygus nuliui – Mėnulis aplink bendrą masės centrą sukasi į vieną pusę, Žemė – į kitą, ir judesio kiekiai yra abiejų vienodo dydžio, bet priešingų krypčių, taigi sudėjus pasinaikina. Lygiai taip pat ir visos Saulės sistemos judesio kiekis, jei nekreipsime dėmesio į sukimąsi aplink Galaktikos centrą, yra nulinis ir niekada nekinta.
Lygiai tas pats tvermės dėsnis galioja ir raketai. Degant kurui, susidaro kažkokie degimo produktai (išmetamosios dujos), kurie yra išmetami per tūtas, esančias raketos uodegoje. Tie degimo produktai turi masę, taigi išmetami įgyja judesio kiekį nejudančio stebėtojo atžvilgiu. Tačiau bendras sistemos judesio kiekis turi išlikti nepakitęs, taigi raketa privalo įgyti tokio paties dydžio, tik priešinga kryptimi nukreiptą judesio kiekį. Aišku, raketos masė greičiausiai yra žymiai didesnė, nei išmetamų degimo produktų, bet jie gali būti išspjaunami dideliais greičiais. Na o jei raketa varoma ne išmetamu kuru, bet, pavyzdžiui, Saulės burėmis, tai procesas iš principo nepakinta, tik čia raketai judesio kiekį perduoda į bures atsitrenkiantys fotonai.
Šį procesą galima suprasti ir truputį kitaip. Įsivaizduokime raketos variklio degimo kamerą – labai apytikriai ir elementariai galime manyti, jog tai yra tuščiaviduris cilindras, kurio vienas galas atviras. Į tą cilindrą paduodamas kuras, ten jis uždegamas ir sprogsta, t.y. labai greitai ir smarkiai išsiplečia, virsdamas dujomis. Tos dujos turi tam tikrą slėgį (priklausantį nuo jų tankio ir temperatūros), kuris yra perduodamas vienodai visomis kryptimis*. Išlenktus cilindro šonus visomis kryptimis dujos slėgs vienoda jėga, paprasčiausiai dėl to, kad tie šonai visomis kryptimis egzistuoja. Tačiau cilindro galą jos slėgs tik vieną, nes kitas galas atviras, taigi dujos išlekia į kosmosą. Slėgimo jėga lygi slėgiui, padaugintam iš cilindro paviršiaus ploto, ir veikia tol, kol visos dujos iš degimo kameros išlekia lauk. Ši jėga suteikia raketai pagreitį, taigi raketa ima judėti priešinga kryptimi, negu atvirasis degimo kameros galas.
Tai vat ir visa paslaptis. Beje, labai panašiu principu veikia ir lėktuvų varikliai, kurių dėka šie juda horizontalia kryptimi – sparnai juos palaiko tik vertikaliai. Tik tiems varikliams paprastai reikia oro, bet tiesiog sumaišymui su kuru, panašiai kaip ir automobilių vidaus degimo varikliuose. Oro ir kuro mišinys uždegamas ir išsiplečia, išlėkdamas iš variklio priešinga lėktuvo judėjimui kryptimi. Man atrodo, kad esu girdėjęs net apie kažkokius šliužus ar panašius vandengyvius, kurie juda panašiu principu – prisisiurbia vandens, o paskui jį „išspjauna“ pro vieną angą, taip patys pasistumdami į priekį.
Šitokį reaktyvų judėjimą galima stebėti ir jo egzistavimu įsitikinti netgi namų sąlygomis. Tam turėtų užtekti paprasčiausio kokteilio šiaudelio, nors geriau būtų šiek tiek sunkesnis tuščiaviduris sulenktas vamzdelis. Vamzdelį pakabinkite už ilgojo galo taip, kad ta dalis būtų vertikali, o užlenkta trumpoji – horizontali (arba vos vos besileidžianti). Tada silpna srovele pilkite vandenį pro ilgąjį vamzdelio galą. Vamzdelis turėtų atsilenkti priešinga kryptimi, negu išbėga vanduo. Štai jums ir reaktyvumas, lėktuvų ir raketų variklių veikimo paslaptis, šauniai besidarbuojanti jūsų kriauklėje :)
Va taip vat. Artimiausiu metu ir ką nors labiau astrofizikiško papasakosiu.
* – ši skystimų savybė, vadinama Paskalio dėsniu, yra naudojama labai daug kur, pavyzdžiui hidrauliniuose presuose ir stabdžių stiprinimo sistemose automobiliuose. Dėsnio teisingumu galima įsitikinti ir namų salygomis – tereikia didelio indo su vandeniu, mažesnio vamzdelio ir kažkokio dangtelio, kuriuo galima būtų pridengti vamzdelį iš apačios. Tokį pridengtą vamzdelį panardinus į indą su vandeniu, vandens slėgis išlaiko dangtelį prispaustą prie vamzdelio. Taigi būtent vandens slėgis, atsiradęs dėl vandens, esančio virš dangtelio, slegia dangtelį iš apačios, t.y. yra perduodamas visame skystyje visomis kryptimis.