hissetmesinin nedeni de budur. Genel izafiyet kuramı ile bulunan yerçekimi alanları klasik mekanikle bulunanlardan etkileri farklıdır, fakat kolaylıkla kanıtlanabilir farklılıklar vardır, en iyi bilinenlerden bir tanesi de bu alanlarda ışığın bükülmesidir.





Roket motoru

Roket motoru ya da yalnızca roket olarak adlandırılan jet motoru onun en yüksek itici hızına ulaşabilmesi için depolanmış ve belli bir kütlesi bulunan yakıta sahiptir. Roket motorları tepki motorlarıdır ve Newton’un üçüncü kanunu doğrultusunda itme kuvveti sağlar. Roket motorları onların jetlerini oluşturmak amacıyla, harici materyale ihtiyaç duymadıkları için füzeler gibi dünyasal kullanımlara ek olarak uzay aracı için de kullanılabilir. Roket motorların yanma olmayan formları olmasına rağmen, onların çoğu içten yanmalı formlardadırlar.

Bir grup roket motorları olarak en yüksek itme kuvvetine sahip, şimdiye kadar en hafifi, fakat jet motorların bütün türlerinin en düşük itme gücü( en düşük itme dürtü var). İdeal egzoz hidrojendir fakat kimyasal roketler egzoz hızının etkisini azaltarak ağır türlerin bir karışımını üretir. Roket motorları çok yüksek hızlarda daha fazla etkili olurlar(Oberth etkisi). Havadan yarar sağlamadıkları için onların kullanımları yüksek uzay ve yüksek atmosfer içinde daha uygundur.

Kimyasal roketler, yakıtın kimyasal reaksiyonları tarafından ortaya çıkarılan ısı ile güçlendirilmiş roketlerdir. Roket motoru ("katı yakıtlı roket motoru") genellikle katı roket motorları anlamına gelen roket motoruna benzer bir terimdir. "Sıvı roketler" ("sıvı yakıtlı roket motoru") öncellikle tankların içinde yakılan sıvıların kullanıldığı roketlerdir. "Karma roketler" yanma odasının içinde katı bir yakıta sahiptir ve ikinci sıvı ya da gaz oksitleyicisi veya yakıtı yanması amacıyla bu gaz odasına eklenir.

Roket motorları, çok yüksek hızla egzoz gazının dışarı çıkması ile oluşan itme kuvveti üretir. 
Bu egzoz genellikle sıvıdır ve neredeyse her zaman sıvı ya da katı yakıtların çok yüksek basınçta (10-200 bar) yanması ile oluşan gazdır. Bu sıvı ya da katı yakıtlar içinde yanma odası bulunan petrol ya da oksitli bileşiklerden oluşur. Sıvı egzoz daha sonra süpersonik sıvı başlığı yolundan geçirilir. Bu başlık egzoz gazını hızlandırmak için ısı enerjisini kullanır ve bu itme reaksiyonu motorun ters yününde gerçekleşir.

Roket motorlarının iyi bir performans göstermesi için çok yüksek sıcaklık ve basınç gereklidir çünkü bu durum uzun başlığın motora uygun olmasını sağlar. Böylece motora daha iyi termodinamik etkinliği vermekle birlikte daha iyi egzoz hızı sağlar.

Roket motoru genel olarak yakıt tankının formlarında depolanmış ve belli bir kütlesi yakıta sahiptir. İtme kuvveti üretebilmek için sıvı jetin formları içerisindeki roket motorundan öncelikle çıkartılır.
Çoğunlukla kimyasal yakıtların kullanıldığı bu yakıtlar ekzotermik kimyasal reaksiyona maruz kalırlar. Bu kimyasal reaksiyonlar itici güç için roket tarafından kullanılan sıcak gaz üretir. Kimyasal olarak durağan reaksiyon kütlesi ısındırılabilir ve ısı değiştirici ile yüksek enerji güç kaynağı kullanılarak bu gerçekleştirilir.

Katı roket yakıtları tanecik olarak adlandırılan bileşiklerin oksitlenmesi veya yakıtın karışımı olarak hazırlanılır ve etkili bir şekilde kaplama ile kaplanmış olan yakıt deposu yanma odasını olur. Sıvı yakıtlı roketler ayrı olan yakıtı oksitleyici bileşikleri onların karışıp yandığı yer olan yanma çemberi içine pompalar. Hibrit roket motorları katı, sıvı ve gaz yakıtlarının bileşimini kullanır. Yakıtı oda içine getirmek amacıyla hem sıvı hem de hibrit roketleri püskürtücü kullanır. Bunlar basit jet delikleri boyunca basınç altında yakıtı dışarı atarlar fakat bazen çok daha kompleks püskürtücü başlıklar kullanılabilir. İki veya daha fazla yakıt jete enjekte edildiği zaman kasıtlı olarak yakıtlar çarpışırlar ve daha kolay yanan çok küçük damlacıklar içine parçalanır.

Kimyasal roketler için yanma odası bir silindirdir ve burada alev tutucular çok nadir kullanılır. Silindirin boyutları yakıtın iyice yanabileceği şeklindedir; bunu ortaya çıkarmak amacıyla farklı yakıtlar farklı yanma odası büyüklüğü gerektirir.Bu da formula_1:
burada:
L* genel olarak 25-60 inç (0.64-1.52m) oranlarındadır.
Sıcaklığın ve basıncın kombinasyonu genel olarak herhangi standartta çok yüksek boyuta yanma odası içinde ulaşır. Hava soluyan jet motorlarından farklı olarak, seyreltmek ve soğutmak amacıyla oda içinde atmosferik nitrojen bulunmamakla birlikte sıcaklık doğru stokiyometrik oranlara ulaşır. Bu durum çok yüksek basınçta gerçekleşir ve bu da duvarlar boyunca ısı iletiminin çok yüksek olduğu anlamına gelir.

Roket başının çan veya koni şeklinde bir genişlemeye sahip olması roket motoruna karakteristik bir şekil verir. Yanma odası içinde üretilen sıcak gaza yanma odasından geçit boyunca ve yüksek genişletme oranı içinde ‘de Laval’ uzaklaştırılır.

Roket başlığına kadar yeterli basınç (çevredeki basıncın 2.5-3 katı üstünde) sağlanıldığı zaman, başlık boğumlanır süpersonik jet oluşturulur. Böylece büyük oranda hızlandırılmış gaz ile termal enerji kinetik enerjiye dönüştürülür. Yapılan dizayn doğrultusunda genişletilen roket başlığı ağızlığına bağlı olarak egzoz gazının hızı çeşitlendirilir fakat egzoz gazının deniz seviyesindeki havadaki sesin hızının on katı kadar yüksekliğe sahip olması nadir bir durumdur. Roket motorlarının itici kuvvetinin yaklaşık yarısı yanma odası içindeki dengelenmemiş basınçtan gelirken geri kalanı ağızlığın içine karşı gerçekleşen basınçtan gelir(şekilden görülebilir). Gaz genişlerken, başlığın duvarlarına karşı olan basınç roket motoruna kuvvet uygular gazın hızlandığı yönün tersi yönünde.

Roket motorunda yakıtın etkili olması için önemli olan nokta yakıtın özel miktarı tarafından başlık ve odanın duvarları üzerinde mümkün olan maksimum baskının yaratılmasıdır. Bu yakıt itme kuvvetinin kaynağıdır ve aynı zamanda bu duruma şunlar tarafından ulaşılır;

Bütün bunlar yakıtın kullanılan kütlesini çok aza indirgediğinden, basınç hızlandırılmış mevcut yakıtın kütlesi ile doğru orantılı olduğundan ve Newton'un üçüncü kanunu doğrultusunda motor üzerine uygulanan basınç ayrıca karşılıklı olarak yakıt üzerine de uygulandığından, basınç verilen herhangi bir motor hızı için yakıtın oda basıncı tarafından etkilenmemiş odadan (itici kuvvetle orantılı olmasına rağmen) ayrılması ile sonuçlanır. Fakat, hız yukarda belirtilen üç faktör tarafından önemli bir şekilde etkilenir ve dışarı atılan gaz hızı motor yakıtının etkisinin çok iyi bir ölçümüdür. Bu egzoz hızı olarak isimlendirilir ve onu azaltabilecek faktörlere ödenek sağlandıktan sonra etkili egzoz hızı roket motorunun en önemli parametrelerinden biridir (ağırlık, maliyet, üretim kolaylığı gibi faktörler genellikle önemli olmasına rağmen).

Aerodinamik nedenlerle, akış başlığın en dar kısmında yani boğumlanmanın olduğu yerdedir (boğaz). Gaz içerisindeki sesin hızı sıcaklığın kara kökü ile arttığı için sıcak egzoz gazının kullanımı performansı geliştirir.Buna zıt olarak roket motorlarının sıcak gazı içindeki sesin hızı 1700 m/s üzerinde olabilirken, oda sıcaklığında hava içerisindeki sesin hızı yaklaşık olarak 340 m/s'dir. Roket motorlarının bu performansının çoğu yüksek sıcaklık yüzünden olmakla birlikte düşük molekül kütlesine sahip yakıtların tercih edilmesinin de etkisi vardır ayrıca bu havaya nazaran daha yüksek bir hız verir.

Yüksek oranda paralelleştirilmiş hipersonik egzoz jet verilerek roket başlığı içerisindeki genişleme hızı 1.5- 2.0 kat daha fazla türetilir. Roket hızının artış hızı çoğunlukla onun alan genişleme oranı tarafından saptanır-boğazın alanın çıkış alanına oranı, fakat gazın detaylandırılmış özellikleri ayrıca önemli.Büyük orandaki başlıklar büyüktür ama egzoz gazının hızını arttırarak yanma gazlarından çok daha fazla ısı elde edebilirler.

Atmosfer basıncı yüksekle birlikte değiştiği için başlığın verimliliği atmosfer içindeki faaliyetler tarafından etkilenir ;fakat roket motorunun dışındaki gazın süpersonik hızı sayesinde jetin hızı ortamın üstünde ya da altında olabilir ve ikisi arasındaki denge hiçbir yükseklikte kurulamaz.(şekilden görülebilir)

Başlığın sonundaki gaz basıncının performansının en yüksek dereceye ulaşabilmesi için gazın basıncının ortamdaki basınca eşit olması gerekir.Eğer egzozun basıncı ortamın basıncından düşükse , araç motorun dışı ile tepesi arasındaki basınç farklılığı tarafından yavaşlatılacaktır.Diğer taraftan ;eğer dışarı atılan gazın basıncı yüksek olursa itme kuvvetine dönüştürülebilir olan egzozun basıncı korunmaz ve böylece enerji boşa gitmiş olur.

Egzozun çıkış basıncı ve ortam basıncının ideal seviyesini korumak için başlık çapının yükseklikle birlikte artırılmış olması gerekir uzun başlığa etki eden basınç verilerek(ve dışarıdaki basınç ve sıcaklığı azaltarak) . Jet motorlarının diğer formlarıyla rutin olarak yapılmasına rağmen, bu artışı hafif düzenlemelerle ayarlamak zordur. Füze bilimi içinde genellikle daha az uyumlu başlıklar kullanılır ve ‘dizayn yüksekliği’ dışında kullanılan veya gaz kesildiği zaman atmosfer performansında bir miktar azalma görülür.Bunu geliştirmek amacıyla çeşitli tıpa başlığı,kademeli başlık,genişletilmiş başlık ve aeroskap başlık gibi çeşitli egzotik başlık dizaynları tasarlanıldı ve birkaç yol ile kanıtlanmış olan bunların her biri değişen çevre basıncına adapte olabiliyor ve her biri çok yükseklerde başlığa ekstra itme kuvveti vererek gazın başlığa karşı genişlemesine olanak sağlıyor.

Yeteri kadar düşük çevre basıncının(vakum) içine gazın atılması ile birlikte çeşitli problemler ortaya çıkar. Bunlardan bir tanesi başlığın dikey ağırlığı-belirli bir araç için belirli bir noktanın ötesinde, başlığın herhangi bir performansında kazandığı ekstra ağırlık. İkinci olarak, egzoz gazların serin oldukları başlıkların içinde ısı geçirmez bir şekilde genişlemeleri ve sonuç olarak kimyasalların birkaçının soğuyabilmesi ve jetin içinde karın üretimi. Bu durum jetin içinde dengesizliğe yol açar ve bundan kaçınılmalıdır.

‘De Laval’ başlı