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Schubkraft einer Rakete anschaulich erklärt

Der Antrieb durch Raketen kann faszinierend sein. Unablässlich dafür: Die Schubkraft, die Raketen aufbringen. Was aber ist die Schubkraft? Auch wenn Sie keine Ahnung von Physik haben, einleuchtend erklärt werden kann Ihnen das allemal, sodass der Raketenantrieb nicht mehr nur faszinierend für Sie ist, sondern am Ende berechenbar.

Rakten haben eine berechenbare Schubkraft.
Rakten haben eine berechenbare Schubkraft. © gabriele_Planthaber / Pixelio

Was der Schub einer Rakete ist

  • Um einen Raketenantrieb zum Laufen zu bringen, braucht es die Verbrennung von Stoffen, die ein hohes Gasvolumen freisetzen. Das Gas wird unter Druck gesetzt und durch eine Düse aus dem Raketenkörper ausgestoßen, sodass nach dem Rückstoßprinzip eine gegenseitig gerichtete Schubkraft entsteht, die die Raketenbewegung ermöglicht. Meist stoßen Raketen ihre Gase in eine "Glocke" an ihrem Kopf, um von der Rückstoßkraft profitieren zu können.
  • Wenn Sie beispielsweise einen Tennisball gegen eine Wand schleudern, so prallt er davon ab und fliegt abhängig von Ihrer Wurfkraft mit mehr oder weniger Drall zu Ihnen zurück. Genauso prallt das freigesetzte Gas in der Rakete gegen die Glocke und strömt auf der anderen Seite wieder aus, wobei das Gas gegen die Düse drückt und die Rakete so mit der entstehenden Gegenkraft nach vorne geschleudert wird. Hinzu kommt, dass die Rakete währenddessen stetig an Masse verliert. Das Gas in ihrem Inneren tritt weiter und weiter aus und der zu bewegende Körper wird leichter und leichter.
  • Letztlich können Sie sich merken, dass die Schubkraft selbst den Luftwiderstand und Erdanziehungskraft überwinden soll, sodass ein Vorantrieb entsteht, welcher den Flugkörper beschleunigt. Gemessen wird der Schub grundsätzlich in Newton oder in der Pfund-Kraftwirkung.

Die Schubkraft berechnen

  • Um den Schubimpuls zu berechnen, sollten Sie zunächst die Formel F*t=m*vs kennen. Dabei meint F den Vortrieb der Rakete, t steht für die Brenndauer des Triebwerks und m bezeichnet den oben erklärten Massenverlust der Rakete durch den Austritt ihres Treibstoffs. Auch die Ausströmgeschwindigkeit des Gases spielt für den Schubimpuls eine Rolle. In die Formel fließt sie daher als vs mit ein.
  • Wollen Sie nun die Endgeschwindigkeit vt eines durch die Schubkraft betriebenen Körpers berechnen, so sollten Sie sich klarmachen, dass die Masse des Körpers bei Ihrer Rechnung nicht konstant ist, was einen absoluten Ausnahmefall in der Mechanik bedeutet. Grundsätzlich berechnen Sie vt mit der sogenannten Raketengleichung vs*ln ((mR+mT)/mR).
  • Dabei ist bereits mit eingeflossen, dass die Endgeschwindigkeit des Körpers mit der Ausstoßgeschwindigkeit und dem Ausgangsmassen-Endmassen-Verhältnis größer wird. So beschreibt vs in der Formel erneut die Ausgangsgeschwindigkeit, während mR die Ausgangsmasse des Körpers bezeichnet, die mit mT der Endmasse addiert werden und schließlich durch Dividieren durch sich selbst das Verhältnis von Ausgangsmasse und Masse nach der Verbrennung des Gases angibt.

Sie wissen nun nicht nur, was die Schubkraft ist: Sie können sie sogar berechnen und dazu die Geschwindigkeit des Körpers angeben, der sie erfährt. Doch obwohl ganz klar berechenbar, bleibt der Raketenantrieb doch irgendwie Faszination.

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