Un razzo che decolla sembra quasi magia: una colonna di fuoco e fumo che solleva centinaia di tonnellate di metallo verso lo spazio. In realtà dietro c'è una legge della fisica vecchia di più di 300 anni, scritta da Isaac Newton.
Ogni azione ha una reazione uguale e contraria
Un motore a razzo funziona secondo la terza legge di Newton: per ogni azione c'è una reazione uguale e opposta. Il motore brucia carburante e spinge un getto di gas caldi verso il basso a grandissima velocità; per reazione, il razzo viene spinto verso l'alto con la stessa forza, ma in direzione opposta.
È lo stesso principio che senti se spari un palloncino gonfio senza chiuderlo: l'aria esce da un lato, e il palloncino schizza dalla parte opposta. Un razzo fa esattamente la stessa cosa, solo con gas bollenti espulsi a migliaia di chilometri orari.
Perché serve così tanto carburante
Un razzo come il Saturn V o il moderno Falcon 9 è composto per oltre il 90% del proprio peso da carburante. Questo perché per raggiungere l'orbita bisogna accelerare fino a circa 28.000 km/h, vincendo sia la gravità terrestre sia la resistenza dell'atmosfera nei primi minuti di volo.
Man mano che il carburante brucia, il razzo diventa più leggero, e la stessa spinta lo accelera sempre di più: è per questo che molti razzi sono divisi in stadi, sezioni che si sganciano una volta esaurite, così il razzo non deve più trasportare il peso morto di serbatoi vuoti.
- Aria compressa esce da un'apertura
- Spinta debole e breve
- Vola in modo caotico
- Nessun controllo di direzione
- Gas caldi espulsi ad alta pressione e velocità
- Spinta enorme e prolungata
- Traiettoria calcolata con precisione
- Controllo tramite ugelli orientabili
Ossigeno portato da casa
Una cosa che sorprende molti ragazzi: nello spazio non c'è aria, quindi un razzo non può bruciare carburante come fa un'auto, che aspira ossigeno dall'atmosfera. I razzi devono portare a bordo anche il proprio ossidante (spesso ossigeno liquido), oltre al carburante, per poter bruciare anche nel vuoto.
Domande frequenti
Un razzo funziona anche nel vuoto dello spazio?
Sì, anzi funziona ancora meglio: non dovendo vincere la resistenza dell'aria, la spinta del motore accelera il razzo in modo più efficiente. Per questo i razzi trasportano il proprio ossidante invece di affidarsi all'aria.
Perché i razzi vengono lanciati vicino all'equatore quando possibile?
Perché la rotazione terrestre è più veloce vicino all'equatore, dando ai razzi una spinta extra "gratuita" nella direzione giusta, permettendo di risparmiare carburante.
Perché alcuni razzi moderni atterrano da soli dopo il lancio?
Aziende come SpaceX hanno sviluppato razzi il cui primo stadio, dopo essersi staccato, riaccende i motori e atterra in verticale, per essere riutilizzato in un altro lancio invece di essere gettato via.
Sintesi finale
Un razzo decolla applicando una legge fisica semplice ma potentissima: espellere gas ad alta velocità in una direzione genera una spinta uguale e contraria nell'altra. Serve moltissimo carburante e ossidante per vincere la gravità terrestre, ed è per questo che i razzi sono costruiti a stadi che si staccano man mano che si alleggeriscono, rendendo possibile il viaggio verso l'orbita e oltre.
Fonti e approfondimenti
Questo articolo è basato su risorse divulgative di NASA (nasa.gov) sui principi di base della propulsione a razzo. Per approfondire: NASA, "Newton's Laws of Motion" (grc.nasa.gov).
