Зміст
Порівняно з космічним човником NASA або космічним кораблем Chinas Shenzhou, ракета з пляшками - відносно проста справа - просто пляшка соди, повна води та стисненого повітря. Але ця простота оманлива. Ракета з пляшками - це справді чудовий спосіб зрозуміти та подумати про деякі основні поняття фізики, як, наприклад, різні форми енергії, її силу та потенціал.
Потенційна енергія
Об'єкт має потенційну енергію в силу своєї конфігурації або положення в силовому полі. Якщо два позитивних заряди зближуються, вони збільшують потенційну енергію. Якщо ви забираєте повітря і стискаєте його, це вводить енергію, а підвищений тиск стисненого повітря є мірою його потенційної енергії на об'єм. Коли ракета пляшки розкривається, повітря всередині має більший тиск, ніж зовнішнє повітря, тому воно розширюється і витікає воду з пляшки. На кожну дію існує однакова і протилежна реакція; так сила вниз, що надається цим розширенням і вигнанням, по черзі штовхає ракету вгору.Потенційна енергія, що зберігається в стисненому повітрі, перетворюється на кінетичну енергію.
Кінетична енергія
Кінетична енергія - це енергія руху. Рухомий або падаючий предмет, як ракета з пляшками, має кінетичну енергію. Молекули і частинки всередині об'єкта мають і кінетичну енергію, оскільки вони постійно вібрують або рухаються. Коли молекули газу стикаються з поверхнею матеріалу, що обмежує їх, вони чинять на нього силу. Сила, поділена на площу, дорівнює тиску. Ось чому зменшення об’єму газу збільшує його тиск - молекули обмежуються меншою площею, але їх середня кінетична енергія не змінилася, тому сила, яку вони надають на матеріал навколо них, збільшується.
Гравітаційна потенційна енергія
Коли ваша ракета піднімається, кінетична енергія руху перетворюється на гравітаційну потенційну енергію. Ракета віддаляється далі від поверхні Землі, так як негативний і позитивний заряд віддаляються одна від одної, ракета має більшу енергію гравітаційного потенціалу, коли піднімається далі від землі. У міру тяжіння тяжіння до нього швидкість його зменшується, поки не досягне точки, коли вся кінетична енергія була перетворена на гравітаційну потенційну енергію. У цей момент ракета починає падати.
Падіння на Землю
У міру падіння ракетної пляшки гравітаційна потенціальна енергія перетворюється на кінетичну енергію, а швидкість ракети пляшки швидко збільшується. Врешті-решт він вражає землю, де його кінетична енергія розсіюється як випадковий рух молекул в тротуарі - іншими словами, як тепло.
Ви можете помітити, що під час підйому та падіння ракети пляшки жодна енергія не «зникає» - вся енергія або перетворюється з однієї форми в іншу, або змінюється від тепла до тертя та опору повітря. Перший закон термодинаміки стверджує, що енергію не можна ні створити, ні знищити; вона просто змінюється від однієї форми до іншої.