در خلأ نه جاده‌ای هست که به آن فشار بیاوریم و نه هوایی که بال‌ها رویش بسازیم؛ پس چرا راکت پیش می‌رود؟ در این مطلب، مفهوم تکانه و قانون بقای آن را به زبان ساده بررسی می‌کنیم و نشان می‌دهیم چگونه یک اصل پایه، انسان را به ماه رساند.
یکی از پرسش‌های کهنگی اما همیشه تازه این است: «راکت در خلأ به چه چیزی تکیه می‌زند؟» در فضایی که نه جاده هست، نه آب و نه هوا، چگونه چیزی می‌تواند خودش را جلو ببرد؟ پاسخ، یکی از زیباترین اصول فیزیک است و ربطی به «تکیه‌زدن» ندارد. در این متن می‌خواهیم مفهوم تکانه را ساده معرفی کنیم و ببینیم چگونه قانون بقای آن، پرتاب ماه و ایستگاه فضایی را ممکن کرده است.
۱. تکانه چیست؟
تکانه، حاصل‌ضرب جرم در سرعت است و در واقع «مقدار حرکتِ ذخیره‌شده»ی یک جسم را توصیف می‌کند. یک کامیون آرام می‌تواند تکانه‌ای بزرگ‌تر از یک توپ تنیسِ سریع داشته باشد؛ چون جرمش بسیار بیشتر است.
تکانه کمیتی جهتی است؛ یعنی جهت آن هم مثل مقدارش اهمیت دارد. راستش همان جهت است که کل ماجرا را روشن می‌کند.
۲. قانون بقای تکانه
این قانون یکی از استوارترین قوانین فیزیک است و می‌گوید:
در یک سیستم ایزوله، مجموع تکانه‌ها همیشه ثابت می‌ماند؛ تکانه نمی‌تواند از هیچ به وجود بیاید یا نابود شود؛ فقط جابه‌جا می‌شود.
برای دیدن این قانون در عمل، به یک صحنه‌ی آشنا نگاه کنیم: پاروزنی که در قایقی آرام نشسته است. وقتی پارو را به سمت عقب می‌راند، آبِ سنگین به عقب هُل داده می‌شود؛ و چون مجموع تکانه‌ها باید ثابت بماند، قایق به سمت جلو تکانه‌ای هم‌اندازه اما مخالف به دست می‌آورد. آب به عقب، قایق به جلو؛ هیچ‌کدام به «هیچ» تکیه نکرده‌اند، بلکه به هم نیرو وارد کرده‌اند.
۳. منطق موتور راکت
راکت دقیقاً همین کار را می‌کند، فقط با شدتی بسیار بیشتر. مراحل کار چنین است:
- سوخت در محفظه‌ی احتراق می‌سوزد و گازهای بسیار داغ تولید می‌کند.
- این گازها با فشار و سرعت فوق‌العاده از دهانه‌ی پایین (نازل) به بیرون پرتاب می‌شوند و تکانه‌ای به سمت پایین می‌گیرند.
- برای بقای تکانه، بدنه‌ی راکت همان مقدار تکانه را در جهت مخالف، یعنی رو به بالا، به دست می‌آورد.
نکته‌ی مهم این است که راکت در تمام این مدت به هیچ چیزی بیرونی تکیه نمی‌زند؛ مبادله‌ی تکانه میان خودش و گازهایی است که خودش تولید کرده. به همین دلیل، موتور راکت در خلأ هم کار می‌کند و حتی کارایی بهتری دارد؛ چون مقاومت هوا در برابرش نیست.
۴. پرسش رایج: «گاز به چه چیزی فشار می‌آورد؟»
شاید شنیده باشید که راکت «با فشار آوردن به هوا» حرکت می‌کند. این تصور نادرست است. اگر راکت به بیرونش تکیه می‌زد، در خلأ باید بی‌حرکت می‌ماند؛ اما این‌طور نیست و شتابش حتی بهتر است. فشار گازها به دیواره‌ی داخلی نازل و محفظه انجام می‌شود و همین فشارِ نامتقارن است که نیروی پیشران را می‌سازد. در واقع، گازها و بدنه‌ی راکت به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند و دیواره‌ی گرم‌شده، همان «جاده‌ی» نامرئی است که راکت به آن فشار می‌آورد.
نکته‌ی جالب: نیوتن خودش در قرن هفدهم، سه قرن قبل از پرتاب نخستین راکت فضایی، دقیقاً همین اصل را در کتابش صورت‌بندی کرد و حتی مثال درباره‌ی حرکت با پرتاب جرم به بیرون زد. ایده در کشور بود؛ فقط ابزارش هنوز ساخته نشده بود.
۵. چرا راکت‌ها چند مرحله‌ای‌اند؟
اینجا هم قانون بقای تکانه پنهان است. سوختِ مصرف‌شده دیگر به کار نمی‌آید اما مانند سنگینی بیهوده، بدنه را سنگین نگه می‌دارد و بخشی از نیرو صرف جابه‌جایی خودش می‌شود. راه‌حل، رهاکردن مخازن خالی در مسیر است: راکت سبک‌تر می‌شود، شتابش بیشتر می‌شود و «مرحله‌ی بعدی» با بدنه‌ی کوچک‌تر و سوخت تازه ادامه می‌دهد. به همین دلیل پرتاب‌های بزرگ چند مرحله‌ای طراحی می‌شوند.
خلاصه
راکت برای حرکت به هیچ محیط بیرونی نیازی ندارد. قانون بقای تکانه می‌گوید مجموع تکانه‌ها ثابت است؛ پس وقتی راکت گازهای داغ را با سرعت زیاد به پایین پرتاب می‌کند، خودش همان تکانه را رو به بالا به دست می‌آورد. همان منطقی که قایق پارویی را جلو می‌برد و قایق‌موتوری روی آب می‌چرخد، در مقیاسی نجومی، ماهواره‌ها را در مدار نشاند و انسان را روی ماه گذاشت. نیوتن درست می‌گفت: کافی است قوانین را بشناسیم؛ بقیه‌اش مهندسی است.
