Cómo funciona un cohete
El primer cohete de combustible líquido voló dos segundos y medio y ascendió unos 12.5 m.
Empuja algo y te empujará en sentido contrario
Súbete a una patineta y lanza una pelota pesada hacia delante: rodarás hacia atrás. Suelta un globo inflado y saldrá disparado mientras el aire escapa por su cuello. Ambos ejemplos muestran la tercera ley de Newton: cuando un objeto empuja a otro, este devuelve una fuerza igual en sentido contrario. Un motor de cohete quema combustible para producir mucho gas caliente y lo expulsa a gran velocidad por una tobera. El cohete empuja el gas hacia atrás, y el gas empuja el cohete hacia delante.
Un error frecuente es creer que los gases necesitan aire contra el que empujar. No es así. La fuerza se produce dentro del motor, entre el cohete y su propio gas; por eso funcionan incluso mejor en el vacío espacial, donde no estorba el aire. La magnitud importante es la cantidad de movimiento: masa por velocidad. Si el motor expulsa 1 kg de gas a 3000 m/s, el cohete gana 3000 kg·m/s de cantidad de movimiento en sentido opuesto, sea cual sea su entorno.
La ecuación del cohete
En 1903, el maestro ruso Konstantín Tsiolkovski publicó un tratado sobre motores de cohete en el espacio y la ecuación que aún usan sus diseñadores. Indica cuánto puede variar la velocidad de un cohete, Δv, a partir de la velocidad de salida ve y la relación de masas: masa inicial m0 dividida entre la masa final mf tras agotar el combustible. Δv = ve × ln(m0 ÷ mf). El logaritmo es la mala noticia. Con gases a 3 km/s, un cohete compuesto por tres cuartas partes de combustible (relación 4) gana 4.16 km/s; aumentar el combustible al 90% (relación 10) solo permite 6.91 km/s.
Alcanzar la órbita exige unos 7.7 km/s de velocidad lateral, más un extra para vencer gravedad y aire durante el ascenso: demasiado para un cohete sencillo. La solución son las etapas. Una primera etapa grande eleva el conjunto y se desprende al vaciarse, eliminando el peso muerto de tanques y motores. La segunda parte con una relación de masas mucho mejor. El Saturn V de la NASA, utilizado en los vuelos del programa Apollo, tenía tres etapas: la primera elevaba el cohete a unos 68 km; la segunda lo llevaba casi a órbita; la tercera terminaba esa tarea y después impulsaba la nave hacia la Luna.
| Saturn V (NASA) | Valor |
|---|---|
| Altura | 111 m (363 ft) |
| Masa al despegue | 2.8 millones de kg |
| Empuje al lanzamiento | 34.5 millones de newtons |
| A órbita terrestre | unos 118 000 kg |
| A la Luna | unos 43 500 kg |
| Etapas | 3 |
Para despegar, el empuje también debe superar al peso. El Saturn V pesaba 2.8 millones de kg × 9.81 m/s² ≈ 27.5 millones de newtons en la plataforma y sus motores daban 34.5 millones: una relación de unos 1.26. Los 7 millones de newtons sobrantes, repartidos entre 2.8 millones de kg, producen al principio solo unos 2.5 m/s² de aceleración ascendente. Por eso los cohetes grandes parecen elevarse tan lentamente. Al consumirse el combustible disminuye la masa y aumenta la aceleración.
- ¿Qué ley explica el movimiento de un cohete?
- La tercera ley de Newton
- La ley de conservación de la masa
- La ley de Ohm
- ¿Necesita aire un motor de cohete contra el que empujar?
- Sí
- No, empuja contra sus propios gases de escape
- Un motor expulsa 2 kg de gas a 3000 m/s. ¿Qué cantidad de movimiento (kg·m/s) gana el cohete?
- Velocidad de salida 3 km/s, relación de masas 10. ¿Cuánto vale Δv en km/s? (dos decimales)
- Velocidad de salida 4.4 km/s, relación de masas 10. ¿Cuánto vale Δv en km/s? (un decimal)
- ¿Por qué se usan etapas en los cohetes?
- Para desprenderse de los tanques vacíos y de los motores y mejorar la relación de masas del resto
- Porque no puede fabricarse un motor lo bastante grande para encenderse
- Para hacer más alto el cohete
- El cohete de Goddard alcanzó 41 pies. ¿Cuántos metros son? (un decimal; 1 ft = 0.3048 m)
- Saturn V: empuje 34.5 MN, peso 27.5 MN. ¿Cuál es la relación empuje-peso? (dos decimales)
- ¿En qué año publicó Tsiolkovski su trabajo sobre cohetes en el espacio?
- 1903
- 1926
- 1957
- ¿Por qué un cohete grande parece ascender despacio al principio?
- Su empuje supera solo un poco a su peso
- El aire es espeso y lo detiene
- Los motores se calientan lentamente
- Un cohete expulsa gases hacia atrás y recibe un empuje hacia delante (tercera ley de Newton); no necesita aire.
- Ecuación del cohete: Δv = vₑ × ln(m₀ ÷ m_f).
- Las etapas eliminan peso muerto para que cada una parta con una relación de masas mejor.
- Goddard hizo volar el primer cohete de combustible líquido el 16 de marzo de 1926.
- Saturn V: 111 m, 2.8 millones de kg, empuje de 34.5 MN, tres etapas.
Fuentes de este curso (17)
- Town of Auburn MA, Robert Goddard (auburnma.gov/693/Robert-Goddard)
- History.com This Day in History, 16 March 1926 (Tsiolkovsky 1903 treatise)
- NASA "What Was the Saturn V?" (nasa.gov/learning-resources/for-kids-and-students/what-was-the-saturn-v-grades-5-8)
- NASA Earth Fact Sheet (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², escape velocity 11.186 km/s, sidereal rotation 23.9345 h)
- NASA History "The Dawn of the Space Age" (nasa.gov/history/dawn-of-the-space-age)
- NASA "April 1961, First Human Entered Space" (nasa.gov/image-article/april-1961-first-human-entered-space)
- GPS.gov Space Segment (gps.gov/space-segment)
- KARI (kari.re.kr: KOMPSAT-1 1999, Chollian, Nuri launch dates, Danuri contents/193, 194, 196 and news release 2022-12-28)
- Korea.kr policy news on the Nuri second launch, 21 June 2022 (korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148902762)
- Korea AeroSpace Administration (kasa.go.kr, founded 27 May 2024)
- NASA International Space Station Facts and Figures (nasa.gov/international-space-station/space-station-facts-and-figures)
- ISS National Lab on Zarya and Expedition 1 (issnationallab.org/iss360/celebrating-the-20th-anniversary-of-the-first-international-space-station-module)
- Korea Herald and Korea.net on Yi So-yeon, 8 April 2008 (koreaherald.com/article/10711787, korea.net/NewsFocus/HonoraryReporters/view?articleId=264742)
- NASA Apollo pages (nasa.gov/the-apollo-program, nasa.gov/history/apollo-11-mission-overview, nasa.gov/mission/artemis-ii)
- NASA Voyager 1 (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1) and "What is a light-day" (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1/voyager-1-what-is-a-light-day)
- NASA Stennis Lagniappe July 2015 on New Horizons at Pluto (nasa.gov/wp-content/uploads/2015/05/julylagniappe.pdf)
- NASA SVS 5534 Parker Solar Probe (svs.gsfc.nasa.gov/5534).
Fecha de consulta: 2026-10-18