10. ¿Por qué vuelan los cohetes?

Incluso entre personas que han estudiado Física es frecuente oír explicaciones completamente falsas del vuelo de los cohetes, como ésta, por ejemplo: vuelan porque los gases que se forman dentro de ellos al quemarse la pólvora empujan al aire.

Así se pensaba antiguamente (los cohetes son un invento antiquísimo) y hasta ahora hay muchos que siguen pensando igual. Pero si un cohete se lanza en el vacío volará aún más de prisa que en el aire. La causa verdadera del movimiento de los cohetes es otra totalmente distinta.

El revolucionario ruso Kibalchich describió esta causa con mucha claridad y sencillez en unas notas escritas antes de ser ejecutado, en las cuales daba a conocer una máquina volante inventada por él.

Figura 8. La máquina (turbina) de vapor más antigua, llamada "eolípila", que se atribuye a Herón de Alejandría

He aquí cómo explicaba Kibalchich la forma y manera de funcionar del motor cohete que debía servir de propulsión al aparato, capaz de transportar pasajeros y carga:

"Dentro de un cilindro de hojalata, cerrado por una de sus bases y abierto por la otra, se coloca una carga cilíndrica de pólvora prensada en cuya parte central, a lo largo de su eje, hay un canal hueco. La combustión de la pólvora comienza por la superficie de este canal y se propaga durante un tiempo determinado, hasta que llega a la superficie exterior de la pólvora prensada. Los gases producidos por la combustión presionan en todas las direcciones; pero mientras las presiones laterales de estos gases se equilibran entre sí, la presión sobre el fondo de la envoltura de hojalata en que se encuentra la pólvora no tiene presión contraria que la equilibre (puesto que por este lado los gases pueden salir libremente) y empuja al cohete hacia adelante, en la dirección en que éste se colocó en el banco de lanzamiento antes del encendido".

Aquí ocurre lo mismo que cuando dispara un cañón: el proyectil sale disparado hacia adelante, mientras que el cañón sufre un empuje hacia atrás. Este es el conocido retroceso o "culatazo" de las escopetas y de todas las armas de fuego. Si el cañón estuviera colgado en el aire, sin apoyarse en el suelo, después del disparo se movería hacia atrás con cierta velocidad, que sería tantas veces menor que la del proyectil como la masa de este último es menor que la del cañón. Julio Verne, en su novela fantástica "Boca Abajo", cuenta cómo los norteamericanos proyectaron aprovechar la fuerza del retroceso de un cañón colosal para realizar una empresa grandiosa, la de "enderezar el eje de la Tierra".

Figura 9. Automóvil de vapor, que se atribuye a Newton.

Un cohete también es un cañón, con la única diferencia de que en vez de proyectiles lanza los gases de la combustión de la pólvora. Este mismo principio es el que se aplica en la "rueda china" o rueda de los fuegos artificiales, en la cual, cuando arde la pólvora contenida en unos tubos sujetos a la rueda, los gases escapan hacia atrás y los tubos (junto con la rueda) se mueven hacia adelante. En realidad esto no es más que una variante del aparato físico que todos conocen con el nombre de rueda de Segner.

Figura 10. Barquito de papel con "caldera de vapor". La caldera es el cascarón de un huevo vacío. Para calentarla se emplea un trocito de algodón empapado en alcohol que se coloca en un dedal. El vapor que sale por el orificio de la "caldera" hace que el barquito se mueva en sentido contrario.

Es interesante señalar que antes de la invención del barco de vapor existió un proyecto de barco mecánico basado en el principio de la reacción. Según este proyecto el barco estaría provisto de una potente bomba impelente que expulsaría el agua por la popa, corno resultado de lo cual el barco debería moverse hacia adelante, lo mismo que las latas flotantes que en los gabinetes de Física de las escuelas sirven para demostrar este principio. El proyecto no llegó a realizarse, pero desempeñó un papel importante en la invención del barco de vapor, puesto que sugirió esta idea a Fulton.

También sabemos que la máquina de vapor más antigua, es decir, la eolípila de Herón de Alejandría, construida en el siglo II, funcionaba por el mismo principio, es decir, el vapor de una caldera (Figura 8) llegaba a una esfera hueca, sujeta a un eje horizontal, y desde ella salía por unos tubos acodados, con lo cual empujaba a estos tubos en sentido contrario y la esfera comenzaba a girar. La turbina de vapor de Herón no sirvió en la antigüedad más que como juguete ingenioso, ya que el trabajo de los esclavos era tan barato que nadie se preocupó de encontrarle una aplicación práctica a la máquina. Pero el principio en que se funda no fue olvidado por la técnica. En nuestros días este principio se utiliza en las turbinas a reacción.

A Newton, autor de la ley de la acción y reacción, se le atribuye uno de los proyectos más antiguos de automóvil de vapor (Figura 9). Este automóvil debía constar de una caldera, montada sobre ruedas, de la que el vapor salía por una tobera posterior, mientras que la propia caldera, debido a la fuerza de retroceso, avanzaba sobre las ruedas en sentido contrario.

Los automóviles cohete son una variante moderna del carro de Newton.

A continuación ofrecemos a los aficionados a construir modelos el dibujo de un barquito de papel muy parecido al carricoche de Newton. En la caldera del barquito, que se hace con un cascarón de huevo vacío, se calienta agua. Para esto se emplea un trozo de algodón empapado en alcohol, que se coloca sobre un dedal. El vapor que se forma sale por el agujero de la base del huevo, hacia atrás, y hace que el barquito se mueva hacia adelante.