Innehåll
Jämfört med en NASA-rymdfärja eller Chinas Shenzhou-rymdskepp är en flaskraket en relativt enkel affär - bara en sodaflaska full med vatten och tryckluft. Men denna enkelhet är vilseledande. En flaskraket är faktiskt ett bra sätt att förstå och tänka på några grundläggande begrepp inom fysik, som olika former av energi, dess kraft och potential.
Potentiell energi
Ett objekt har potentiell energi på grund av sin konfiguration eller sin position i ett kraftfält. Om två positiva laddningar rör sig närmare varandra har de ökat potentiell energi. Om du tar luft och komprimerar den, matar den in energi och det ökade trycket på tryckluften är ett mått på dess potentiella energi per volym. När flaskan raket lossnar har luften inuti högre tryck än den yttre luften, så den expanderar och drar ut vatten från flaskan. För varje handling finns det en lika och motsatt reaktion; så nedåtriktad kraft som utövas av denna expansion och utvisning driver i sin tur raketen uppåt.Den potentiella energin som lagras i tryckluften översätts till kinetisk energi.
Rörelseenergi
Kinetisk energi är rörelsens energi. Ett rörligt eller fallande föremål som flaskraketten har kinetisk energi. Molekyler och partiklar i ett föremål har också kinetisk energi eftersom de ständigt vibrerar eller rör sig. När gasmolekyler kolliderar med ytan på materialet som begränsar dem, utövar de kraft på det. Kraften dividerad med området är lika med trycket. Det är därför som att minska gasens volym ökar trycket - molekylerna är begränsade till ett mindre område, men deras genomsnittliga kinetiska energi har inte förändrats, så kraften de utövar på materialet runt dem ökar.
Potentiell gravitationsenergi
När din raket stiger, översätts rörelsens kinetiska energi till gravitationspotentialenergi. Raketen rör sig längre bort från jordens yta, så precis som en negativ och positiv laddning flyttas från varandra har raketen högre gravitationspotentialenergi när den klättrar längre från marken. När gravitationen drar på den minskar dess hastighet tills den når en punkt där all kinetisk energi har omvandlats till gravitationspotentialenergi. Vid denna punkt börjar raketen att falla.
Falling to Earth
När flaskraketten faller förvandlas gravitationspotentialenergi till kinetisk energi, och flaskrakets hastighet ökar snabbt. Så småningom slår den marken, där dess kinetiska energi sprids som molekylers slumpmässiga rörelse i trottoaren - med andra ord som värme.
Du kanske märker att under flaskrakets stigning och fall, försvinner ingen energi "- all energi förvandlas antingen från en form till en annan eller ändras från värme till friktion och luftmotstånd. Termodynamikens första lag säger att energi varken kan skapas eller förstöras; det förändras bara från en form till en annan.