Vergeleken met een NASA-spaceshuttle of het Chinese Shenzhou-ruimtevaartuig, is een flessenraket een relatief eenvoudige aangelegenheid - slechts een frisdrankfles vol water en perslucht. Maar die eenvoud is bedrieglijk. Een flessenraket is eigenlijk een geweldige manier om enkele basisconcepten in de natuurkunde te begrijpen en erover na te denken, zoals verschillende vormen van energie, de kracht en het potentieel.

Potentiële energiebronnen

Een object heeft potentiële energie van deugd van zijn configuratie of zijn positie in een krachtveld. Als twee positieve ladingen dichter bij elkaar komen, hebben ze een verhoogde potentiële energie. Als u lucht neemt en comprimeert, is deze ingaande energie en de verhoogde druk van de perslucht een maat voor de potentiële energie per volume. Wanneer de raket van de fles ontkalkt, heeft de lucht binnenin een grotere druk dan de buitenlucht, zodat deze uitzet en water uit de fles verdrijft. Voor elke actie is er een gelijke en tegenovergestelde reactie; dus duwt de neerwaartse kracht die wordt uitgeoefend door deze expansie en uitdrijving op zijn beurt de raket naar boven. De potentiële energie opgeslagen in de samengeperste lucht vertaalt zich in kinetische energie.

Kinetische energie

Kinetische energie is de energie van beweging. Een bewegend of vallend object zoals de flessenraket heeft kinetische energie. Moleculen en deeltjes in een object hebben ook kinetische energie, omdat ze constant trillen of bewegen. Terwijl gasmoleculen in botsing komen met het oppervlak van het materiaal dat ze beperkt, oefenen ze er kracht op uit. De kracht gedeeld door het gebied is gelijk aan de druk. Dat is waarom het verminderen van het volume van een gas zijn druk verhoogt - de moleculen zijn beperkt tot een kleiner gebied, maar hun gemiddelde kinetische energie is niet veranderd, dus de kracht die ze uitoefenen op het materiaal om hen heen neemt toe.

Zwaartekracht Potentiële energie

Terwijl je raket omhoog komt, vertaalt de kinetische energie van beweging zich in zwaartekracht potentiële energie. De raket beweegt verder weg van het aardoppervlak, dus net als een negatieve en positieve lading die van elkaar weg is bewogen, heeft de raket hogere zwaartekracht potentiële energie als hij verder van de grond klimt. Terwijl de zwaartekracht eraan trekt, neemt de snelheid af tot het een punt bereikt waarop al de kinetische energie is getransformeerd in zwaartekracht-potentiële energie. Op dit punt begint de raket te vallen.

Falling to Earth

Terwijl de flesraket valt, verandert de zwaartekracht van de energie in kinetische energie en neemt de snelheid van de raket van de fles snel toe. Uiteindelijk raakt het de grond, waar zijn kinetische energie verdwijnt als willekeurige beweging van moleculen in de bestrating - met andere woorden, als warmte.

Het kan je opvallen dat tijdens de opkomst en ondergang van de flessenraket, geen energie "verdwijnt" - alle energie transformeert van de ene vorm naar de andere of verandert van warmte naar wrijving en luchtweerstand. De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd; het verandert slechts van de ene vorm in de andere.