Tartalom
A NASA űrrepülőgépéhez vagy a Chinas Shenzhou űrhajóhoz képest egy palackrakéta viszonylag egyszerű ügy - csak egy szóda palack, tele vízzel és sűrített levegővel. De ez az egyszerűség megtévesztő. A palackos rakéta valóban nagyszerű módja annak, hogy megértsük és elgondolkodjunk a fizika néhány alapfogalmában, például az energia különféle formáiban, erejében és potenciáljában.
Helyzeti energia
Egy tárgy potenciális energiával rendelkezik annak konfigurációja vagy az erőtérben elfoglalt helyzete alapján. Ha két pozitív töltés közelebb kerül egymáshoz, megnövekszik a potenciális energia. Ha levegőt vesz és összenyomja, akkor ez energiát vezet be, és a sűrített levegő megnövekedett nyomása a térfogatra eső potenciális energia mérése. Amikor a palack rakéta lezárul, a belső levegőnek nagyobb a nyomása, mint a külső levegőnek, így kitágul, és kiszívja a vizet a palackból. Minden tevékenységre egyenlő és ellentétes reakció van; tehát ez a tágulás és kiürítés által kifejtett lefelé irányuló erő viszont felfelé tolja a rakétát.A sűrített levegőben tárolt potenciális energia kinetikus energiává alakul.
Kinetikus energia
A kinetikus energia a mozgás energiája. Egy mozgó vagy leeső tárgy, mint például a palack rakéta, kinetikus energiával rendelkezik. A tárgyon lévő molekulák és részecskék szintén kinetikus energiával rendelkeznek, mert folyamatosan rezegnek vagy mozognak. Ahogy a gázmolekulák ütköznek az őket körülvevő anyag felületével, erőt gyakorolnak rá. A területtel osztott erő egyenlő a nyomással. Ezért növeli a gáz térfogatának csökkentése a nyomását - a molekulák egy kisebb területre vannak korlátozva, de az átlagos kinetikus energiájuk nem változott, tehát növekszik a körülöttük lévő anyagra gyakorolt erő.
Gravitációs potenciális energia
Ahogy a rakéta felemelkedik, a mozgás kinetikus energiája gravitációs potenciál energiává válik. A rakéta egyre távolabb van a Föld felszínétől, tehát ugyanúgy, mint a negatív és pozitív töltés egymástól elmozdulva, a rakéta nagyobb gravitációs potenciál energiájú, mivel a földtől távolabb mászik. Ahogy a gravitáció ráhúzódik, sebessége csökken, amíg el nem éri azt a pontot, ahol az összes kinetikus energiát gravitációs potenciál energiává alakították. Ezen a ponton a rakéta esni kezd.
Esik a földre
Amint a palack rakéta leesik, a gravitációs potenciál energia kinetikus energiává alakul át, és a palack rakéta sebessége gyorsan növekszik. Végül megüti a talajt, ahol kinetikus energiája eloszlik a molekulák véletlenszerű mozgásaként a járdán - más szóval, hőként.
Megállapíthatja, hogy a palack rakéta felemelkedése és bukása során egyetlen energia sem "nem tűnik el" - az összes energia vagy egyik formáról a másikra változik, vagy hőtől súrlódásig és levegő ellenállásig változik. A termodinamika első törvénye szerint az energiát nem lehet sem létrehozni, sem pusztítani; pusztán az egyik formáról a másikra változik.