Conţinut
Comparativ cu o navetă spațială NASA sau cu nava spațială Chinas Shenzhou, o rachetă pentru sticle este o aventură relativ simplă - doar o sticlă de sodă plină de apă și aer comprimat. Dar această simplitate este înșelătoare. O rachetă cu sticle este de fapt o modalitate excelentă de a înțelege și de a gândi câteva concepte de bază în fizică, cum ar fi diferite forme de energie, forța și potențialul acesteia.
Energie potențială
Un obiect are energie potențială în virtutea configurației sale sau a poziției sale într-un câmp de forță. Dacă două sarcini pozitive se apropie între ele, acestea au crescut energia potențială. Dacă luați aer și îl comprimați, aceasta introduce energie, iar presiunea crescută a aerului comprimat este o măsură a energiei sale potențiale pe volum. Când racheta sticlei se decuplează, aerul din interior are presiune mai mare decât aerul exterior, astfel încât se extinde și expulzează apa din sticlă. Pentru fiecare acțiune, există o reacție egală și opusă; o astfel de forță descendentă exercitată de această expansiune și expulzare împinge racheta în sus.Energia potențială stocată în aerul comprimat se traduce în energie cinetică.
Energie kinetică
Energia cinetică este energia mișcării. Un obiect în mișcare sau în cădere ca racheta de sticlă are energie cinetică. Moleculele și particulele din interiorul unui obiect au și energie cinetică, deoarece vibrează sau se mișcă constant. Pe măsură ce moleculele de gaz se ciocnesc cu suprafața materialului care le limitează, acestea exercită forță asupra lui. Forța împărțită pe suprafață este egală cu presiunea. De aceea, reducerea volumului unui gaz își crește presiunea - moleculele sunt limitate la o zonă mai mică, dar energia cinetică medie a acestora nu s-a schimbat, astfel încât forța pe care o exercită asupra materialului din jurul lor crește.
Energia potențială gravitațională
Pe măsură ce racheta dvs. crește, energia cinetică a mișcării se traduce în energie potențială gravitațională. Racheta se îndepărtează mai departe de suprafața Pământului, la fel cum o încărcătură negativă și pozitivă se îndepărtează unul de celălalt, racheta are o energie potențială gravitațională mai mare pe măsură ce urcă mai departe de sol. Pe măsură ce gravitația atrage asupra acesteia, viteza sa scade până când ajunge la un punct în care toată energia cinetică a fost transformată în energie potențială gravitațională. În acest moment, racheta începe să cadă.
Căderea pe Pământ
Pe măsură ce racheta sticlei cade, energia potențială gravitațională se transformă în energie cinetică, iar viteza rachetei sticlei crește rapid. În cele din urmă, lovește solul, unde energia sa cinetică se disipează ca mișcare aleatorie a moleculelor în pavaj - cu alte cuvinte, ca căldură.
Puteți observa că în timpul creșterii și căderii rachetei sticlei, nicio energie nu „dispare” - toată energia fie se transformă de la o formă la alta, fie se schimbă de la căldură la fricțiune și rezistență la aer. Prima lege a termodinamicii susține că energia nu poate fi nici creată, nici distrusă; se schimbă doar de la o formă la alta.