''Its not like its Rocketscience''...Or is it..??

Hallo venner?! Velkommen til v?r f?rste bloggpost?!

Vi h?per du synes det vi skriver er spennende, og at oversettelsesprogrammet fungerer som det skal! Det er selvf?lgelig lov ? sende oss kommentarer og tilbakemeldinger p? eBrev, som noen av dere allerede har gjort??. Som nevnt begynner vi eventyret v?rt med ? samle litt kunnskap. Vi starter med ? se p? hvordan en rakett fungerer?!

Det er bare enkel rakettforskning?!

Det finnes mange ulike typer raketter til mange ulike typer form?l. Man kan ha vanlige romraketter, missiler og det litt mer festlige; fyrverkeri-raketter?. Selv om vi elsker fyrverkeri-raketter s? er det romraketter vi n? skal se p?.

Slik ser en forenklet modell av en romrakett ut¨K?

Denne modellen best?r, som vi ser, av fire ulike deler. Satellittdelen, drivstofftanken, forbrenningskammeret og hydrogenboksen. Disse fire delene har hver sin oppgave for ? f? raketten til ? fungere.

Satellitt delen / Romkapselen

Denne delen varierer ut i fra hvilken type rakett det er vi skal skyte opp. I v?r rakett s? vil dette v?re en romkapsel siden vi skal v?re med i raketten, alts? en bemannet ferd. Men i denne omgang skal vi ikke bry oss om denne delen.

Drivstofftanken

Denne delen brukes til ? lagre drivstoffet. Senere skal vi beregne denne mengden n?yaktig, men for n? skal vi bruke et estimat, da vi ikke vet hvor vi skal og derfor ikke vet hvor mye drivstoff vi beh?ver.

Forbrenningskammeret

Denne delen omdanner drivstoffet fra drivstofftanken til hydrogengass ved h?y temperatur og h?yt trykk og slipper det videre inn i hydrogenboksen.

Hydrogenboksen

Denne delen fungerer som selve motoren til raketten. Kort sagt fungerer den slik at den utnytter hastigheten til partiklene i hydrogengassen, og kollisjonen mellom partiklene og veggene i motoren til ? skape oppdrift.

Men hvordan f?r vi egentlig motorkraft??

Som nevnt s? er det hydrogenboksen i raketten som fungerer som rakettens motor. Det er ogs? dette som vil bli v?r motor. Denne skal vi simulere slik at vi vet hva vi skal gj?re n?r selve raketten skal bygges. Dette er et noks? komplisert maskineri, men vi skal gj?re noen forenklinger og antakelser for at simuleringen skal bli enklere ? gjennomf?re?. Den f?rste slike antakelsen er at vi definerer hydrogengassen som en ideell gass best?ende av masse sm? partikler. 

En ideell gass er en gass der det er ingen interaksjon mellom partiklene i gassen
og kollisjoner med veggene er elastiske. Det betyr at bevegelsesmengden til 
partikkelen er bevart.

Disse partiklene vil fly rundt i hydrogenboksen som noen ville g?rninger?, men heldigvis er bevegelsene deres enkle ? forutsi. Hvis vi ser p? alle partiklene i boksen kan det se ut som fullstendig kaos. Men hvis vi velger ut en enkelt, tilfeldig partikkel kan vi bruke dens bevegelse til ? fors? bevegelsen til resten av partiklene ogs??!

Vi velger ut den tilfeldige r?de partikkelen her ??

Denne partikkelen, som vi ser i figur 2, spretter rundt om kring i boksen i en tilfeldig hastighet, og treffer vegg etter vegg. N?r vi ser p? hastighetsvektoren \(\vec{V_p}\) ser vi at den beveger seg i negativ x-retning og negativ y-retning, alts? er den p? tur mot den venstre veggen i boksen. Etter hvert vil denne partikkelen kollidere med veggen¨L?.

Partikkelen vil da endre bevegelsesretning som vi kan se i figur 4¨L?

Her ser vi p? hastighetsvektoren  \(\vec{V_p}\) at partikkelen fremdeles vil bevege seg i negativ y-retning, MEN den beveger seg n? i POSITIV x-retning?! S? veggen dytter alts? partikkelen i x-retning slik at partikkelen g?r fra negativ til positiv hastighet i denne retningen. Dette er jo veldig naturlig siden vi har et elastisk st?t, og dermed ingen andre krefter som kan endre p? bevegelsen i y-retning, slik at det kun er bevegelsen i x-retning som endres?.

N? forst?r vi vel ogs? den videre bevegelsen til partikkelen?. Den vil alts? fortsette ned mot bunnen av boksen for ? kollidere der, og da vil det v?re kun bevegelsen i y-retning som endres og ikke bevegelsen i x-retning. Og slik fortsetter partikkelen ? kollidere rundt og rundt og rundt i boksen???. 

Men hvordan f?r dette raketten til ? ta av??

Jo, hvis vi g?r tilbake til ?yeblikket partikkelen kolliderte med veggen s? vet vi at for at partikkelen skal kunne snu vei, s? m? veggen utgj?re en kraft, F, p? partikkelen. Siden vi er fysikere, og kan alle Newtons lover?, s? vet vi at Newtons tredje lov sier at partikkelen ogs? m? utgj?re en kraft, F', p? veggen. Det vil se slik ut¨L?

Denne kraften, F', som partikkelen utgj?r, vil gj?re at boksen f?r en hastighet i samme retning som som kraften. Det vil si at vi n? vet hvordan vi flytter p? boksen?! Men n? m? vi f?lge godt med, for dette prinsippet fungerer fint n?r vi har bare en partikkel. La oss se hva som skjer om vi legger til flere partikler?!

Er vi snart ferdig??

Joda, vi begynner virkelig ? n?rme oss noe her?! I figur 6 ser vi et eksempel p? hva som kan skje n?r vi har to partikler i boksen. Hastigheten boksen f?r fra kraften partikkelen utgj?r vil v?re like mye i begge retninger, alts? vil de kansellere hverandre ut, og boksen vil st? helt i ro?. M? vi starte helt p? nytt igjen n? eller??

Neida?, for ? f? boksen til ? bevege seg m? vi gj?re noe enkelt og veldig smart. Vi putter et hull i boksen??! Enkelt, men genialt! Hvis vi n? ser p? de to partiklene igjen kan de for eksempel se slik ut¨K?

Her ser vi at n?r den ene partikkelen er p? vei ut av hullet, s? vil den andre partikkelen bidra til at boksen f?r en hastighet oppover i y-retning?! Det samme vil ogs? skje om vi putter flere partikler inn i boksen! Partiklene vil da kollidere tilfeldig i alle veggene, og de som kolliderer i sideveggene vil kansellere hverandre, mens de som kolliderer i toppen av boksen vil bidra til en oppdrift?! N?... HAR VI MOTORKRAFT?!

Da er vi vel ferdige eller??

Nja...?

Motoren er ferdig?, men vi vet fremdeles ikke hvor mye motorkraft vi har! For ? finne dette enklest mulig velger vi ? holde antallet partikler i boksen konstant. Det gj?r at vi hele tiden vet hvor mange partikler som kan ut?ve en kraft p? boksen?. Vi velger ? bruke 10^5 partikler. S? for antallet partikler som forlater motoren, sender vi inn tilsvarende antall partikler fra forbrenningskammeret. N? vet vi hvor mange partikler vi har til enhver tid, men vi vet fremdeles ikke hvor stor kraft de ut?ver p? boksen. For ? finne ut dette er vi n?dt til ? vite hastigheten til hver partikkel. Da m? vi ta ett dypdykk inn i statistikk og se p? sannsynlighetsfordelinger?. Partiklene har nemlig tilfeldige hastigheter gitt av Maxwell-Boltzmann-fordelingen??! Men det m? vi nesten vente med til neste gang?

H?per dere likte v?rt f?rste innlegg? Vi ses snart igjen?

Pax?