أشكال الطاقة عند إطلاق صاروخ زجاجة ماء

بالمقارنة مع مكوك الفضاء التابع لناسا أو مركبة الفضاء شنتشو الصينية ، فإن صاروخ الزجاجة هو أمر بسيط نسبيًا - مجرد زجاجة صودا مليئة بالماء والهواء المضغوط. لكن هذه البساطة خادعة. يُعد صاروخ الزجاجة في الواقع طريقة رائعة لفهم بعض المفاهيم الأساسية في الفيزياء والتفكير فيها ، مثل الأشكال المختلفة للطاقة ، وقوتها وإمكاناتها.

الجسم لديه طاقة كامنة بحكم تكوينه أو موقعه في مجال القوة. إذا اقتربت شحنتان موجبتان من بعضهما البعض ، فهذا يعني أنهما زادت الطاقة الكامنة. إذا قمت بأخذ الهواء وضغطه ، فإن هذا يدخل الطاقة ، والضغط المتزايد للهواء المضغوط هو مقياس للطاقة الكامنة له لكل حجم. عندما ينفتح صاروخ الزجاجة ، يكون للهواء الداخلي ضغط أكبر من الهواء الخارجي ، لذلك يتمدد ويطرد الماء من الزجاجة. لكل فعل رد فعل متساوٍ ومعاكس ؛ لذا فإن القوة الهابطة التي يبذلها هذا التمدد والطرد بدورها تدفع الصاروخ لأعلى. تترجم الطاقة الكامنة المخزنة في الهواء المضغوط إلى طاقة حركية.

الطاقة الحركية هي الطاقة للحركة. جسم متحرك أو ساقط مثل صاروخ الزجاجة لديه طاقة حركية. تمتلك الجزيئات والجسيمات الموجودة داخل الجسم طاقة حركية أيضًا ، لأنها تهتز أو تتحرك باستمرار. عندما تصطدم جزيئات الغاز بسطح المادة التي تحصرها ، فإنها تمارس القوة عليها. القوة مقسومة على المنطقة تساوي الضغط. هذا هو السبب في أن تقليل حجم الغاز يزيد من ضغطه - حيث تنحصر الجزيئات في منطقة أصغر ، لكن متوسط ​​طاقتهم الحركية لم يتغير ، لذا فإن القوة التي يمارسونها على المادة من حولهم تزداد.

عندما يرتفع صاروخك ، تُترجم الطاقة الحركية للحركة إلى طاقة وضع الجاذبية. يتحرك الصاروخ بعيدًا عن سطح الأرض ، تمامًا مثل الشحنة السالبة والموجبة التي تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض ، يمتلك الصاروخ طاقة وضع جاذبية أعلى أثناء صعوده بعيدًا عن أرض. عندما تسحبه الجاذبية ، تتناقص سرعته حتى تصل إلى نقطة تحولت فيها كل الطاقة الحركية إلى طاقة وضع الجاذبية. عند هذه النقطة يبدأ الصاروخ في السقوط.

عندما يسقط صاروخ الزجاجة ، تتحول طاقة الجاذبية الكامنة إلى طاقة حركية ، وتزداد سرعة صاروخ الزجاجة بسرعة. في النهاية ، تضرب الأرض ، حيث تتبدد طاقتها الحركية كحركة عشوائية للجزيئات في الرصيف - بعبارة أخرى ، كالحرارة.

قد تلاحظ أنه أثناء صعود وسقوط صاروخ الزجاجة ، لا "تختفي" أي طاقة - كل الطاقة إما أن تتحول من شكل إلى آخر أو تتغير من الحرارة إلى الاحتكاك ومقاومة الهواء. ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها ولا تدميرها ؛ إنها فقط تتغير من شكل إلى آخر.