En rakettmotor er i prinsippet bare en beholder fylt med gass under trykk med en ?pning i den ene siden. Gasspartikler str?mmer ut av ?pningen og dytter raketten framover. Dette prinsippet kan lett observeres i hverdagslige omgivelser: hvis du st?r p? glatt is og kaster noe tungt i én retning, s? sklir du i motsatt retning. Fysikken bak dette er bevaring av bevegelsesmengde. Bevegelsesmengde er gitt ved formelen \(\overrightarrow{p} = m\cdot\overrightarrow{v}\) der \(m \) er masse og \(\overrightarrow{v}\)er hastighet, alts? fart med retning. Total bevegelsesmengde m? alltid v?re bevart, s? n?r gass skytes ut bakover, m? raketten bevege seg framover.
Rakettmotoren er fylt med dihydrogen (H2) med en partikkeltetthet p? \(10^5\)partikler per mikrometer. Som du sikkert kan tenke deg er det veldig vanskelig ? forutse hastigheten og posisjonen til hver eneste partikkel i et gitt tidspunkt. Heldigvis er ikke det n?dvendig. Statistikk kan fortelle oss hvordan partiklene i gassen sannsynligvis oppf?rer seg, og siden det er s? mange partikler gir dette et godt bilde p? hvordan gassen faktisk oppf?rer seg.
I en lukket beholder er alle posisjoner like sannsynlige for gasspartiklene, s? gassen vil v?re noks? jevnt fordelt. Ikke helt jevnt fordelt siden ikke alle partiklene er p? det mest sannsynlige stedet hele tiden, men nesten. Hastigheten f?lger Maxwell-Boltzmann fordelingsfunksjonen vist p? figuren; en gaussisk funksjon der gjennomsnittet er 0 og standardavviket er \(\sqrt{\frac{\text{k}T}{m}}\) der k er Boltzmanns konstant, \(T\) er temperaturen og \(m\) er massen til én partikkel.
S? ?pnes beholderen. Gass str?mmer ut av ?pningen og vi har en rakettmotor. For ? holde motoren i gang m? det sendes inn like mye gass som str?mmer ut. Hydrogenet i motoren oppst?r ved at drivstoff sendes inn i motoren og brenner med ca. 3000 K. Ved denne temperaturen er gjennomsnittsfarten til gassmolekylene ca. 5610 m/s. Selv med denne farten blir den gjennomsnittelige bevegelsesmengden per partikkel fryktelig liten – st?rrelsesorden \(10^{-23}\text{ kg}\cdot\text{m}/\text{s}\). Med nok gass f?r man likevel skutt opp raketten, men hvor mye er "nok" ?