Ve srovnání s raketoplánem NASA nebo čínskou kosmickou lodí Šen-čou je raketa s lahví relativně jednoduchá záležitost - jen láhev sody plná vody a stlačeného vzduchu. Ale tato jednoduchost je klamná. Láhev raketa je ve skutečnosti skvělý způsob, jak porozumět a přemýšlet o některých základních pojmech ve fyzice, jako jsou různé formy energie, její síla a potenciál.
Potenciální energie
Objekt má potenciální energii na základě své konfigurace nebo polohy v silovém poli. Pokud se dva kladné náboje přiblíží k sobě, zvýšily potenciální energii. Pokud vezmete vzduch a stlačíte jej, dodá to energii a zvýšený tlak stlačeného vzduchu je měřítkem jeho potenciální energie na objem. Když se raketa na lahve uvolní, vzduch uvnitř má větší tlak než venkovní vzduch, takže se rozpíná a vytlačuje vodu z lahve. Pro každou akci existuje stejná a opačná reakce; takže síla dolů vyvíjená touto expanzí a vypuzováním zase tlačí raketu nahoru. Potenciální energie uložená ve stlačeném vzduchu se převádí na kinetickou energii.
Kinetická energie
Kinetická energie je energie pohybu. Pohybující se nebo padající předmět jako raketa na láhve má kinetickou energii. Molekuly a částice uvnitř objektu mají také kinetickou energii, protože neustále vibrují nebo se pohybují. Když se molekuly plynu srazí s povrchem materiálu, který je omezuje, působí na něj silou. Síla dělená plochou se rovná tlaku. Proto zmenšení objemu plynu zvyšuje jeho tlak - molekuly jsou omezeny na menší plochu, ale jejich průměrná kinetická energie se nezměnila, takže síla, kterou vyvíjejí na materiál kolem sebe, se zvyšuje.
Gravitační potenciální energie
Jak vaše raketa stoupá, kinetická energie pohybu se převádí na gravitační potenciální energii. Raketa se pohybuje dále od zemského povrchu, stejně jako negativní a pozitivní náboj od sebe má raketa vyšší gravitační potenciální energii, když stoupá dále od přízemní. Jak na ni přitahuje gravitace, její rychlost klesá, dokud nedosáhne bodu, kdy byla veškerá kinetická energie přeměněna na gravitační potenciální energii. V tomto bodě začíná raketa padat.
Padající na Zemi
Jak raketa láhve padá, gravitační potenciální energie se transformuje na kinetickou energii a rychlost rakety láhve se rychle zvyšuje. Nakonec narazí na zem, kde se jeho kinetická energie rozptýlí jako náhodný pohyb molekul v chodníku - jinými slovy jako teplo.
Můžete si všimnout, že během vzestupu a pádu rakety na láhve žádná energie „nezmizí“ - veškerá energie se buď transformuje z jedné formy do druhé, nebo se mění z tepla na tření a odpor vzduchu. První zákon termodynamiky tvrdí, že energii nelze ani vytvořit, ani zničit; pouze se mění z jedné formy do druhé.