पानी की बोतल रॉकेट लॉन्च करते समय ऊर्जा के रूप

नासा के अंतरिक्ष यान या चीन के शेनझोउ अंतरिक्ष यान की तुलना में, एक बोतल रॉकेट एक अपेक्षाकृत सरल मामला है - बस पानी और संपीड़ित हवा से भरी सोडा की बोतल। लेकिन वह सादगी भ्रामक है। एक बोतल रॉकेट वास्तव में भौतिकी में कुछ बुनियादी अवधारणाओं को समझने और सोचने का एक शानदार तरीका है, जैसे ऊर्जा के विभिन्न रूप, इसकी शक्ति और क्षमता।

किसी वस्तु में उसके विन्यास या बल क्षेत्र में उसकी स्थिति के आधार पर स्थितिज ऊर्जा होती है। यदि दो धनात्मक आवेश एक साथ निकट आते हैं, तो उनकी स्थितिज ऊर्जा में वृद्धि होती है। यदि आप हवा लेते हैं और इसे संपीड़ित करते हैं, तो यह ऊर्जा का आदान-प्रदान करता है, और संपीड़ित हवा का बढ़ा हुआ दबाव इसकी संभावित ऊर्जा प्रति आयतन का एक माप है। जब बोतल का रॉकेट खुल जाता है, तो अंदर की हवा में बाहरी हवा की तुलना में अधिक दबाव होता है, इसलिए यह फैलता है और बोतल से पानी निकाल देता है। प्रत्येक क्रिया के लिए एक समान और विपरीत प्रतिक्रिया होती है; इसलिए इस विस्तार और निष्कासन द्वारा लगाया गया नीचे का बल रॉकेट को ऊपर की ओर धकेलता है। संपीडित वायु में संचित स्थितिज ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है।

गतिज ऊर्जा गति की ऊर्जा है। बोतल रॉकेट जैसी गतिमान या गिरती हुई वस्तु में गतिज ऊर्जा होती है। किसी वस्तु के अंदर के अणुओं और कणों में भी गतिज ऊर्जा होती है, क्योंकि वे लगातार कंपन या गति करते हैं। जैसे ही गैस के अणु उन्हें सीमित करने वाले पदार्थ की सतह से टकराते हैं, वे उस पर बल लगाते हैं। क्षेत्र द्वारा विभाजित बल दबाव के बराबर है। इसलिए गैस का आयतन कम करने से उसका दबाव बढ़ जाता है - अणु एक छोटे से क्षेत्र में सीमित हो जाते हैं, लेकिन उनकी औसत गतिज ऊर्जा नहीं बदली है, इसलिए वे अपने आसपास की सामग्री पर बल लगाते हैं।

जैसे ही आपका रॉकेट ऊपर उठता है, गति की गतिज ऊर्जा गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा में तब्दील हो जाती है। रॉकेट पृथ्वी की सतह से और दूर जा रहा है, इसलिए जैसे कोई ऋणात्मक और धनात्मक आवेश गति करता है एक दूसरे से दूर, रॉकेट में गुरुत्वाकर्षण क्षमता अधिक होती है क्योंकि यह से दूर चढ़ता है जमीन। जैसे ही गुरुत्वाकर्षण उस पर खींचता है, इसका वेग तब तक कम हो जाता है जब तक कि यह उस बिंदु तक नहीं पहुंच जाता जहां सभी गतिज ऊर्जा गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इस बिंदु पर, रॉकेट गिरना शुरू होता है।

जैसे ही बोतल रॉकेट गिरता है, गुरुत्वाकर्षण संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है, और बोतल रॉकेट की गति तेजी से बढ़ जाती है। आखिरकार, यह जमीन से टकराता है, जहां इसकी गतिज ऊर्जा फुटपाथ में अणुओं की यादृच्छिक गति के रूप में फैल जाती है - दूसरे शब्दों में, गर्मी के रूप में।

आप देख सकते हैं कि बोतल रॉकेट के उत्थान और पतन के दौरान, कोई भी ऊर्जा "गायब नहीं होती" - सारी ऊर्जा या तो एक रूप से दूसरे रूप में बदल जाती है या गर्मी से घर्षण और वायु प्रतिरोध में बदल जाती है। ऊष्मप्रवैगिकी का पहला नियम यह मानता है कि ऊर्जा को न तो बनाया जा सकता है और न ही नष्ट किया जा सकता है; यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित होता है।