로켓의 추진력은 무엇이며, 자동차와 기관차의 동력은 무엇인가?

자동차나 기관차를 움직이게 하는 힘은 마찰력입니다. 자동차에서 이 구동력은 도로가 차에 작용하는 것이고, 이것은 바퀴가 도로에 작용하는 반작용입니다. 마찬가지로 기관차는 선로를 밀고, 구동력은 선로가 기관차에 작용하는 반작용력입니다. 그러나 우주 공간에서 움직이는 로켓은 도로나 선로처럼 밀 것이 없습니다. 로켓은 어떻게 추진될 수 있을까?


사실 로켓 또한 반작용력에 의해 추진됩니다. 이 점을 이해하기 위해 연소 기체가 채워져 있는 원형 연소실을 갖는 로켓 모형을 떠올려야 합니다. 연소실 내에 폭발이 일어나면 뜨거운 기체가 팽창하여 연소실 내벽의 방향으로 압력을 가합니다. 로켓에 작용하는 힘의 합은 0이기 때문에 로켓은 움직이지 않습니다.

 
연소실 하단에 구멍을 뚫는다고 가정해 봅니다. 폭발이 일어나면 기체는 모든 방향으로 연소실에 압력을 가하지만 구멍이 있는 곳에서는 압력을 가하지 못하고 우주 공간으로 빠져나갑니다. 이로 인해 윗방향으로의 알짜힘이 생기게 됩니다. 알짜힘은 자동차나 기관차에서와 같은 반 작용력입니다. 자동차 바퀴가 지면을 뒤로 밀면, 지면이 자동차에 가하는 반작용력은 자동차 앞으로 밀게 됩니다. 로켓의 연소실 벽은 폭발하는 기체에 힘을 가하면서 동시에 연소실 벽에 가하는 기체의 반작용력은 자동차를 앞으로 밀게 됩니다.


로켓의 연소실 벽은 폭발하는 기체에 힘을 가하면서 동시에 연소실 벽에 가하는 기체의 반작용력은 로켓을 추진하게 만듭니다. 로켓의 선구자인 고다드가 로켓의 가능성을 제안했을때 뉴욕 타임스는 로켓이 밀 수 있는 아무것도 없는 우주 공간에서 이 로켓이 동작할 수 있다는 아이디어를 비웃었습니다. 그 후 아폴로가 1969년 달 착륙 임무를 수행할 때, 앞의

기사를 철회한다고 했습니다.


실제로 뜨거운 기체는 외부의 어떤 것도 밀지 않지만 로켓 자체를 밀기 땜누에 진공에서 로켓은 더 잘 작동합니다. 대기 속에서 기체는 연소실을 빠져나와 외부 공기의 압력을 받게 되어 분출 속도가 느려지고 반작용력도 줄어듭니다. 

미시적인 관점에서 바라봤을때 이 과정은 조금 복잡합니다. 로켓과 분출 연료에 운동량 보존법칙을 적용하면 간단히 이해할 수 있습니다.