Ари Штернфельд - Парадоксы ракеты. Еще о парадоксах ракеты

Один из наших читателей указал, что ракета взлетит на бо́льшую высоту только в том случае, если она израсходует в полтора раза больше топлива или получит откуда-либо в полтора раза большее количество энергии. Этот товарищ не учел особенности ракетного двигателя. Когда мы сбрасывали ракету в пропасть, то за счет приобретенной снарядом скорости мы увеличили общий коэфициент полезного действия ракеты в 2,33 раза, то есть извлекли из топлива не только всю его термохимическую энергию, но и часть первоначальной потенциальной энергии. В этом как раз и заключался смысл парадокса.

Все приведенные выше рассуждения применимы и для случая падения ракеты в бездонный колодец, прорытый сквозь весь земной шар по диаметру. Здесь двигатели ракеты включаются в тот момент, когда она проходит мимо центра Земли. Скорость падения ракеты в этот момент достигает наибольшей величины. Теперь нам ясно, что выигрыш в скорости ракеты, вылетающей из колодца, а следовательно, и выигрыш в дальности полета снаряда получается здесь за счет более эффективного использования топлива, за счет повышения коэфициента полезного действия ракетного двигателя.

Кроме того, существует еще один источник добавочной энергии. Ракета падала в бездонный колодец с полным запасом топлива. Но в центре Земли начали работать ракетные двигатели, и в первые же моменты их работы все топливо было израсходовано. Таким образом, бо́льшая часть топлива осталась близ центра Земли в виде отработанных газов. Дальше ракета полетела пустой. Но топливо, падая в бездонный колодец вместе с ракетой, накопило некоторый запас энергии. Спрашивается, куда же девалась накопленная топливом энергия падения? Ведь это равносильно тому, что некоторый груз был сброшен в бездонный колодец и там, не достигнув антиподов, внезапно остановлен. Накопленная грузом энергия должна в этом случае каким-либо путем проявиться и передаться другому телу. В нашем случае эта накопленная энергия падения топлива передается ракете и увеличивает скорость ее движения. Такое же явление имело место и в парадоксе направления у ракеты, брошенной в четырехкилометровую пропасть.

Еще одно распространенное заблуждение раскрылось в письмах читателей. Многие ошибочно считают, что напряжение силы тяжести растет по мере приближения к центру Земли. Один из товарищей так и пишет: «Что касается парадокса падения ракеты в бездонный колодец, то здесь автор говорит явно абсурдные вещи. Ведь всем известно, что все тела притягиваются к центру Земли. Следовательно, напряжение силы тяжести растет по мере приближения к центру земного шара. А раз это так, то ракета не сможет преодолеть такого колоссального притяжения, которое царит в центре Земли, и остановится здесь совершенно неподвижно».

Недоумение и ошибки автора письма очень характерны. Многие смешивают закон напряжения силы тяжести внутри и вне Земли. Когда говорят, что сила тяжести обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра Земли, то это надо понимать лишь для тел, находящихся на Земле или над ней. В бездонном же колодце напряжение ее будет падать с приближением к центру земного шара. В самом деле, на поверхности Земли любое тело испытывает притяжение всей массы нашей планеты. Но по мере того как ракета будет опускаться в бездонный колодец, масса той части земного шара, которую она уже прошла, будет притягивать ракету в обратную сторону, а в самом центре вся пройденная часть Земли будет притягивать ракету с такой же силой, как и оставшаяся впереди. И поскольку Земля — шар, ракета будет испытывать равные притяжения не только сверху и снизу, но также справа и слева, со всех сторон. Другими словами, напряжение силы тяжести в центре земного шара будет равно нулю.

Так сравнительно просто объясняются многие парадоксальные на первый взгляд явления в ракетоплавании. Ошибки и заблуждения многих авторов писем происходят от недостаточного знакомства с особенностями этого нового вида двигателя.