Съдържание
В сравнение с космическата совалка на НАСА или космическия кораб Chinas Shenzhou, ракетата с бутилки е сравнително проста афера - просто бутилка със сода, пълна с вода и сгъстен въздух. Но тази простота е измамна. Ракета с бутилки всъщност е чудесен начин да разберете и помислите за някои основни понятия във физиката, като различни форми на енергия, нейната сила и потенциал.
Потенциална енергия
Обектът има потенциална енергия благодарение на конфигурацията си или положението си в силово поле. Ако два положителни заряда се приближат по-близо, те увеличават потенциалната енергия. Ако вземете въздух и го компресирате, това въвежда енергия, а повишеното налягане на сгъстения въздух е мярка за неговата потенциална енергия на обем. Когато ракетата на бутилката се затваря, въздухът вътре има по-голямо налягане от външния въздух, така че тя се разширява и изхвърля вода от бутилката. За всяко действие има равна и противоположна реакция; така сила надолу, упражнена от това разширение и изгонване, от своя страна избутва ракетата нагоре.Потенциалната енергия, съхранявана в сгъстения въздух, се превръща в кинетична енергия.
Кинетична енергия
Кинетичната енергия е енергията на движението. Движещ се или падащ предмет като ракетата с бутилка има кинетична енергия. Молекулите и частиците вътре в обекта също имат кинетична енергия, защото те постоянно вибрират или се движат. Докато газовите молекули се сблъскват с повърхността на материала, който ги ограничава, те упражняват сила върху него. Силата, разделена на площта, е равна на налягането. Ето защо намаляването на обема на газ увеличава неговото налягане - молекулите са ограничени до по-малка площ, но средната им кинетична енергия не се е променила, така че силата, която упражняват върху материала около тях, се увеличава.
Гравитационна потенциална енергия
Докато вашата ракета се издига, кинетичната енергия на движение се превръща в гравитационна потенциална енергия. Ракетата се отдалечава от повърхността на Земята, така че подобно на отрицателен и положителен заряд, отдалечен един от друг, ракетата има по-висока гравитационна потенциална енергия, тъй като се изкачва по-далеч от земята. Докато гравитацията се дърпа върху нея, скоростта му намалява, докато достигне точка, в която цялата кинетична енергия се трансформира в гравитационна потенциална енергия. В този момент ракетата започва да пада.
Падане на Земята
С падането на ракетата на бутилката гравитационната потенциална енергия се трансформира в кинетична енергия и скоростта на ракетата с бутилки бързо се увеличава. В крайна сметка той се удря в земята, където кинетичната му енергия се разсейва като произволно движение на молекули в настилката - с други думи, като топлина.
Може да забележите, че по време на издигането и падането на ракетата с бутилки, нито една енергия не "изчезва" - цялата енергия или се трансформира от една форма в друга, или се променя от топлина към триене и съпротивление на въздуха. Първият закон на термодинамиката гласи, че енергията не може нито да бъде създадена, нито унищожена; тя просто се променя от една форма в друга.