Dibandingkan dengan pesawat ulang-alik NASA atau pesawat ruang angkasa Shenzhou China, roket botol adalah urusan yang relatif sederhana -- hanya sebotol soda penuh air dan udara bertekanan. Tapi kesederhanaan itu menipu. Roket botol sebenarnya adalah cara yang bagus untuk memahami dan memikirkan beberapa konsep dasar dalam fisika, seperti berbagai bentuk energi, kekuatan, dan potensinya.
Energi potensial
Suatu benda memiliki energi potensial berdasarkan konfigurasinya atau posisinya dalam medan gaya. Jika dua muatan positif bergerak lebih dekat, mereka memiliki energi potensial yang meningkat. Jika Anda mengambil udara dan mengompresnya, ini memasukkan energi, dan peningkatan tekanan udara terkompresi adalah ukuran energi potensial per volume. Ketika roket botol terbuka, udara di dalam memiliki tekanan lebih besar daripada udara luar, sehingga mengembang dan mengeluarkan air dari botol. Untuk setiap aksi, ada reaksi yang sama besar dan berlawanan arah; jadi gaya ke bawah yang diberikan oleh ekspansi dan pengusiran ini pada gilirannya mendorong roket ke atas. Energi potensial yang tersimpan di udara terkompresi diterjemahkan menjadi energi kinetik.
Energi kinetik
Energi kinetik adalah energi gerak. Benda bergerak atau jatuh seperti roket botol memiliki energi kinetik. Molekul dan partikel di dalam suatu benda juga memiliki energi kinetik, karena mereka terus-menerus bergetar atau bergerak. Saat molekul gas bertabrakan dengan permukaan bahan yang membatasi mereka, mereka mengerahkan gaya padanya. Gaya dibagi luas sama dengan tekanan. Itulah sebabnya pengurangan volume gas meningkatkan tekanannya -- molekul-molekulnya terbatas pada area yang lebih kecil, tetapi energi kinetik rata-rata mereka tidak berubah, sehingga gaya yang mereka berikan pada materi di sekitar mereka meningkat.
Energi Potensial Gravitasi
Saat roket Anda naik, energi kinetik gerak diterjemahkan menjadi energi potensial gravitasi. Roket bergerak lebih jauh dari permukaan bumi, jadi seperti muatan negatif dan positif yang bergerak menjauh dari satu sama lain, roket memiliki energi potensial gravitasi yang lebih tinggi saat naik lebih jauh dari tanah. Saat gravitasi menariknya, kecepatannya berkurang hingga mencapai titik di mana semua energi kinetik telah diubah menjadi energi potensial gravitasi. Pada titik ini, roket mulai jatuh.
jatuh ke bumi
Saat roket botol jatuh, energi potensial gravitasi berubah menjadi energi kinetik, dan kecepatan roket botol meningkat dengan cepat. Akhirnya, ia menyentuh tanah, di mana energi kinetiknya menghilang sebagai gerakan acak molekul di trotoar -- dengan kata lain, sebagai panas.
Anda mungkin memperhatikan bahwa selama naik turunnya roket botol, tidak ada energi yang "hilang" -- semua energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain atau berubah dari panas menjadi gesekan dan hambatan udara. Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lain.