ენერგიის ფორმები წყლის ბოთლის რაკეტის გაშვებისას

NASA- ს კოსმოსურ ხომალდთან ან ჩინეთის კოსმოსურ ხომალდთან შედარებით, ბოთლის რაკეტა შედარებით მარტივი საქმეა - უბრალოდ სოდის ბოთლი წყლით სავსე და შეკუმშული ჰაერით. მაგრამ ეს სიმარტივე მატყუარაა. ბოთლის რაკეტა სინამდვილეში შესანიშნავი გზაა ფიზიკის ზოგიერთი ძირითადი ცნებების გასაგებად და დაფიქრებაზე, როგორიცაა ენერგიის სხვადასხვა ფორმა, მისი ძალა და პოტენციალი.

ობიექტს აქვს პოტენციური ენერგია თავისი კონფიგურაციის ან ძალის ველში პოზიციის გამო. თუ ორი პოზიტიური მუხტი უფრო ახლოს მიდის ერთმანეთთან, მათ აქვთ გაზრდილი პოტენციური ენერგია. თუ ჰაერს მიიღებთ და შეკუმშავთ, ეს ენერგიას შემოაქვს, ხოლო შეკუმშული ჰაერის გაზრდილი წნევა მისი პოტენციური ენერგიის საზომია მოცულობაში. როდესაც ბოთლის რაკეტა იხსნება, შიგნით ჰაერს უფრო დიდი წნევა აქვს, ვიდრე გარე ჰაერს, ამიტომ იგი ფართოვდება და გამოდევნის წყალს ბოთლიდან. ყოველი მოქმედებისათვის არსებობს თანაბარი და საპირისპირო რეაქცია; ასე რომ, ამ გაფართოებისა და გაძევების შედეგად დაქვემდებარებული ძალა რაკეტას ზემოთ უბიძგებს. შეკუმშულ ჰაერში შენახული პოტენციური ენერგია გადადის კინეტიკური ენერგიად.

კინეტიკური ენერგია არის მოძრაობის ენერგია. მოძრავი ან ჩამოვარდნილ ობიექტს, როგორიცაა ბოთლის რაკეტა, აქვს კინეტიკური ენერგია. ობიექტის შიგნით მოლეკულებსა და ნაწილაკებს აქვთ კინეტიკური ენერგიაც, რადგან ისინი მუდმივად ვიბრირებენ ან მოძრაობენ. გაზის მოლეკულები ეჯახება მათ შემზღუდველი მასალის ზედაპირს, ისინი მასზე ძალას ახდენენ. ფართობზე გაყოფილი ძალა ტოლია წნევის. ამიტომ აირის მოცულობის შემცირება ზრდის მის წნევას - მოლეკულები შემოიფარგლება უფრო მცირე ფართობზე, მაგრამ მათი საშუალო კინეტიკური ენერგია არ შეცვლილა, ამიტომ ძალა იზრდება მათ გარშემო არსებულ მასალაზე.

თქვენი რაკეტის აწევისას, მოძრაობის კინეტიკური ენერგია გადაიქცევა გრავიტაციულ პოტენციურ ენერგიად. რაკეტა უფრო შორდება დედამიწის ზედაპირს, ისე, როგორც ნეგატიური და პოზიტიური მუხტი გადავიდა ერთმანეთისგან მოშორებით, რაკეტას აქვს უფრო მაღალი გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, რადგან ის უფრო შორს მიდის დაფქული. სიმძიმის მიზიდვისას, მისი სიჩქარე მცირდება მანამ, სანამ არ მიაღწევს წერტილს, სადაც მთელი კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება გრავიტაციულ პოტენციურ ენერგიად. ამ დროს რაკეტა იწყებს ვარდნას.

ბოთლის რაკეტის დაცემისას, გრავიტაციული პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად და ბოთლის რაკეტის სიჩქარე სწრაფად იზრდება. საბოლოოდ, იგი ეცემა მიწას, სადაც მისი კინეტიკური ენერგია იშლება ტროტუარზე მოლეკულების შემთხვევითი მოძრაობის შედეგად - სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სითბო.

თქვენ შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ ბოთლის რაკეტის აწევისა და ვარდნის დროს, ენერგია არ ქრება - მთელი ენერგია ან გარდაიქმნება ერთი ფორმიდან მეორეში, ან იცვლება სითბოდან ხახუნისკენ და ჰაერის წინააღმდეგობისკენ. თერმოდინამიკის პირველი კანონი ადგენს, რომ ენერგიის შექმნა ან განადგურება შეუძლებელია; ის უბრალოდ ერთი ფორმიდან მეორეში იცვლება.