Roketler ve İvme

Kuvvet, kütle ile ivmenin çarpımına eşittir. Roketli fırlatma sistemleri üzerinde çalışan bilim adamları, bir uyduyu ya da uzay aracını Dünya'nın çevresindeki bir yörüngeye taşıyacak roketin itme kuvvetinin ne kadar olması gerektiğini bulmak için bu eşitlikten yararlanırlar. Roketin yerçekimi kuvvetini ve havanın sürtünme kuvvetini yenebilmesi için büyük bir itme kuvveti gerekir. Taşıdığı uydu ya da uzay aracını gerekli yörünge yüksekliğine ulaştırabilmesi için roketin yeterli yakıtı olmalıdır. Bu yükseklikte hava çok az olduğu için sürtünme de çok azdır. Uydunun Dünya çevresindeki yörüngesinde dolanımını sürdürebilmesi için, aracın yerçekimi kuvvetini tam olarak dengeleyebileceği bir ivme kazanması gerekir. Bu yapılmazsa uydu yerçekiminin etkisinden kurtulamaz ve yeryüzüne geri döner.

Bir roketin taşıdığı uyduyu ya da uzay aracını Dünya çevresinde bir yörüngeye oturtabilmesi için saniyede 8 km hıza ulaşması gerekir. Eğer roket saniyede 12 kilometrelik bir hıza ulaşırsa Dünya'nın çekiminden bütünüyle kurtulabilir. Saniyede 8 kilometrelik bir hıza 10 dakikalık bir zaman aralığı içinde saniyede 13,4 metre bölü saniyelik ya da kısaca 13,4 m/sn2'lik bir ivmeyle ulaşılabilir. Roket, rampasından hareket ettiği anda hemen hemen hiç hareket etmiyormuş gibi görünür. İlk saniye içinde yalnızca 6,7 metre yol alır; bu uzunluk roketin kendi uzunluğundan çok daha azdır. Ama ikinci saniyede 20,1 metre yol alır ve hızı saniyede 26,8 metreye ulaşır. Sekizinci saniyenin sonunda yaklaşık olarak yarım kilometre yol almış ve hızı saniyede 107,2 metreye ya da saatte 386 kilometreye ulaşmış olur. Bir dakikanın sonunda roketin hızı yaklaşık olarak saatte 2.894 kilometreye ya da saniyede 800 metreye ve yerden yüksekliği 24 kilometreye ulaşır. Eğer roket normal biçimde çalışırsa, kalkıştan 10 dakika sonra 2.400 km yol alarak istenen yükseklikteki yörüngeye girer ve saniyede 8 km hızla Dünya çevresinde dolanmaya başlar.
Roket, Dünya çevresinde yerçekimi kuvvetini dengelemeye yeterli bir hızla dolanmaya başladıktan sonra artık roketin itme kuvvetine gerek kalmaz. Uyduyu yavaşlatacak herhangi bir kuvvet, örneğin atmosferin sürtünme kuvveti olmadığından araç yörüngedeki dolanımını sabit bir hızla sonsuza kadar sürdürür.

Bir gezegen ya da uydunun, daha büyük bir gökcisminin çevresinde sabit bir hızla dolanmayı sürdürmesi eylemsizlik adı verilen fizik ilkesinin bir sonucudur. Eylemsizlik, bir cismin yapmakta olduğu hareketi ya da hareketsizlik durumunu koruma özelliğidir. Hareket halindeki bir cismi, herhangi bir kuvvet etkilemediği sürece düz bir çizgi üzerinde hareket eder. Yörüngede dolanan bir cisim, düz bir çizgi boyunca değil bir çember ya da elips üzerinde yol alır. Aslında cisim bu yörüngeden kurtularak düz bir çizgi üzerinde hareket etmeye çalışır, ama kütleçekimi onun yörüngeden kurtulmasını engeller. Cismin, dairesel yörüngeden kurtularak düz bir çizgi üzerinde hareket etmeye çalışmasına yol açan kuvvet, o cismin eylemsizliğinden kaynaklanan merkezkaç kuvvettir.

Dünya çevresinde dolanan bir uydu, bir ipin ucuna bağlanarak havada döndürülen bir topa benzer. İpin ucundan tutup topu çevirmeye başladığımızda, top kurtulup gitmek ister, ama elimizle ipi "çekerek", topun dairesel yörüngesinde kalmasını sağlarız. İpi bir anda bırakırsak ya da ip koparsa, top uçarak düz bir çizgi üzerinde yol almaya başlar. Dünya'nın çevresinde dolanan uydu örneğinde, Dünya elimizin, yerçekimi de ipin işlevini görür. Eylemsizlik kuvveti ile yerçekimi dengelendiğinde, uydu yörüngede kalır ve dolanmayı sürdürür.