Indhold
Sammenlignet med en NASA-rumfærge eller Chinas Shenzhou-rumfartøj, er en flaske raket en relativt simpel affære - bare en sodaflaske fuld af vand og trykluft. Men denne enkelhed er vildledende. En flaske raket er faktisk en fantastisk måde at forstå og tænke på nogle grundlæggende begreber inden for fysik, ligesom forskellige energiformer, dens kraft og potentiale.
Potentiel energi
Et objekt har potentiel energi i kraft af sin konfiguration eller sin position i et kraftfelt. Hvis to positive ladninger bevæger sig tættere på hinanden, har de øget den potentielle energi. Hvis du tager luft og komprimerer den, indlæser denne energi, og det øgede tryk i trykluften er et mål for dets potentielle energi pr. Volumen. Når flasken raket kaster ud, har luften indeni større tryk end den udvendige luft, så den ekspanderer og udviser vand fra flasken. For hver handling er der en lige og modsat reaktion; så nedadrettet kraft, der udøves af denne ekspansion og udvisning, skubber på sin side raketten opad.Den potentielle energi, der er lagret i trykluften, omsættes til kinetisk energi.
Kinetisk energi
Kinetisk energi er bevægelsesenergi. En bevægende eller faldende genstand som flaske raket har kinetisk energi. Molekyler og partikler inde i et objekt har også kinetisk energi, fordi de konstant vibrerer eller bevæger sig. Når gasmolekyler kolliderer med overfladen af materialet, der begrænser dem, udøver de kraft på det. Kraften divideret med området er lig med trykket. Derfor reducerer volumenet af en gas dens tryk - molekylerne er begrænset til et mindre område, men deres gennemsnitlige kinetiske energi er ikke ændret, så kraften, de udøver på materialet omkring dem, øges.
Tyngdekraft potentiel energi
Når din raket stiger, omsættes den kinetiske bevægelsesenergi til gravitationspotentialenergi. Raketen bevæger sig længere væk fra jordoverfladen, så ligesom en negativ og positiv ladning bevæger sig væk fra hinanden, har raketten en højere gravitationspotentialenergi, når den klatrer længere væk fra jorden. Når tyngdekraften trækker på den, falder dens hastighed, indtil den når et punkt, hvor al den kinetiske energi er blevet omdannet til gravitationspotentialenergi. På dette tidspunkt begynder raketten at falde.
Faldende til Jorden
Når flaske raketten falder, omdannes gravitationspotentialenergi til kinetisk energi, og flaske raketens hastighed øges hurtigt. Til sidst slår den jorden, hvor dens kinetiske energi spreder sig som tilfældig bevægelse af molekyler i fortovet - med andre ord som varme.
Du vil muligvis bemærke, at under stigningen og faldet af flaskeraketen "forsvinder ingen energi" - al energi forvandles enten fra en form til en anden eller skifter fra varme til friktion og luftmodstand. Den første lov om termodynamik hævder, at energi hverken kan skabes eller ødelægges; det skifter blot fra en form til en anden.