В сравнение с космическата совалка на НАСА или китайския космически кораб Шенджоу, ракетата за бутилка е сравнително проста работа - просто бутилка сода, пълна с вода и сгъстен въздух. Но тази простота е измамна. Ракетата с бутилка всъщност е чудесен начин да разберете и да помислите за някои основни понятия във физиката, като различни форми на енергия, нейната сила и потенциал.
Потенциална енергия
Обектът има потенциална енергия по силата на своята конфигурация или положението си в силово поле. Ако два положителни заряда се сближат, те увеличават потенциалната енергия. Ако вземете въздух и го компресирате, това влага енергия и повишеното налягане на сгъстения въздух е мярка за неговата потенциална енергия за обем. Когато ракетата на бутилката се откачи, въздухът вътре има по-голямо налягане от външния, така че тя се разширява и изхвърля водата от бутилката. За всяко действие има еднаква и противоположна реакция; толкова силата надолу, упражнявана от това разширяване и изтласкване, от своя страна изтласква ракетата нагоре. Потенциалната енергия, съхранявана в сгъстения въздух, се превръща в кинетична енергия.
Кинетична енергия
Кинетичната енергия е енергията на движението. Подвижен или падащ обект като ракетата на бутилката има кинетична енергия. Молекулите и частиците вътре в даден обект имат и кинетична енергия, тъй като те постоянно вибрират или се движат. Докато молекулите на газа се сблъскват с повърхността на материала, който ги задържа, те упражняват сила върху него. Силата, разделена на площта, е равна на налягането. Ето защо намаляването на обема на даден газ увеличава неговото налягане - молекулите са ограничени до по-малка площ, но средната им кинетична енергия не се е променила, така че силата, която упражняват върху материала около тях, се увеличава.
Гравитационна потенциална енергия
С нарастването на вашата ракета кинетичната енергия на движението се превръща в гравитационна потенциална енергия. Ракетата се отдалечава по-далеч от земната повърхност, така както се движи отрицателен и положителен заряд далеч една от друга, ракетата има по-висока гравитационна потенциална енергия, докато се изкачва по-далеч от земя. Докато гравитацията го дърпа, скоростта му намалява, докато достигне точка, в която цялата кинетична енергия е трансформирана в гравитационна потенциална енергия. В този момент ракетата започва да пада.
Падане на Земята
С падането на ракетата на бутилката гравитационната потенциална енергия се превръща в кинетична енергия и скоростта на ракетата на бутилката бързо се увеличава. В крайна сметка тя удря земята, където нейната кинетична енергия се разсейва като произволно движение на молекулите в настилката - с други думи, като топлина.
Може да забележите, че по време на издигането и падането на ракетата на бутилката никоя енергия не „изчезва“ - цялата енергия или се трансформира от една форма в друга, или се променя от топлина към триене и въздушно съпротивление. Първият закон на термодинамиката гласи, че енергията не може нито да бъде създадена, нито унищожена; той просто се променя от една форма в друга.