火箭發射過程中,火箭引擎通常位於火箭底部,通過燃燒燃料,推進器高速向下噴射出大量的燃料和氣體。根據牛頓第三運動定律,作用力(action)等於反作用力(reaction),這個向下的噴射力同時也會產生一個大小相等,但反向的推力作用在火箭上,將火箭向上推進。這就是火箭升空的基本原理。除了牛頓第三運動定律之外,在火箭升空過程中,還需要克服重力及空氣阻力,當中也涉及牛頓第二運動定律。

牛頓第二運動定律,即加速定律,指出物體的加速與它所受的力的大小成正比,而和它的質量成反比,即力等於物體的質量乘以加速(F=ma)。例如排球運動員扣球時所用的力量越大,排球的加速也越高;同樣道理,籃球運動員傳球時用的力量越大,籃球的加速也越快。因此,火箭需要產生足够的推力去達到所需的加速,才可以克服地球引力,離開地面。另外,現今最常見用的多節式火箭,每節火箭也具有自身的發動機,當第一節火箭的推進劑燒完,便會被分離,這樣的技術使剩餘部份的重量減少,根據牛頓第二運動定律,餘下火箭燃料 (芯二) 產生的推力,便能更輕易地把火箭提升至最終速度與高度。

航天員離開太空艙時,總會手順著繩索前進,有時更會看到他們的航天服背後扣著一條長長的安全帶,樣子有點像幼兒學習走路,為什麼呢?根據牛頓的第一運動定律,即慣性定律,指出除非受外力影響,否則物體會保持靜止或一直向同一方向作均速直線運動。因此,在沒有地心吸力及空氣阻力的太空,航天員一旦踏出一步或施加力量,他們便會保持相同的速度和方向一直前進。因此,他們必須避免出現過度用力,否則將會出現無法控制的自由漂浮狀態。為了保障航天員的安全,太空站或航天器外有特定的固定點,讓航天員利用這些固定點來穩定自己。航天員亦會佩戴安全繩索或腰帶,並把自己的航天服跟固定點相連接,再根據需要,調整繩索的張力,以保持自己的穩定或限制移動範圍。航天員必需經過長時間的訓練,以掌握適當的力量和推動技巧,才能在推動自己或其他物體時,準確預測每個動作所產生的反作用力。

我們在學習火箭飛行和星球探索時,要緊記牛頓的三條運動定律,稍後我們可再看多些太空探索時如何實踐這三條定律吧!

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