Palyginti su NASA kosminiu maršrutu ar Kinijos erdvėlaiviu „Shenzhou“, buteliuko raketa yra gana paprastas reikalas - tiesiog sodos butelis, pilnas vandens ir suspausto oro. Bet tas paprastumas yra apgaulingas. Raketa iš butelio yra puikus būdas suprasti ir apgalvoti kai kurias pagrindines fizikos sąvokas, tokias kaip skirtingos energijos formos, jos jėga ir potencialas.
Potencinė energija
Objektas turi potencialios energijos dėl savo konfigūracijos ar padėties jėgos lauke. Jei du teigiami krūviai juda arčiau vienas kito, jie padidino potencialią energiją. Jei paimsite ir suspausite orą, tai įves energiją, o padidėjęs suslėgto oro slėgis yra jo potencialios energijos, tenkančios vienam tūriui, matas. Kai butelio raketa užsidaro, viduje esantis oras turi didesnį slėgį nei išorinis, todėl išsiplečia ir iš butelio išstumia vandenį. Kiekvienam veiksmui yra vienoda ir priešinga reakcija; todėl šio išsiplėtimo ir išstūmimo sukeliama žemyn jėga savo ruožtu stumia raketą į viršų. Suslėgtame ore sukaupta potenciali energija virsta kinetine energija.
Kinetinė energija
Kinetinė energija yra judėjimo energija. Judantis ar krentantis objektas, pavyzdžiui, buteliuko raketa, turi kinetinę energiją. Objekto viduje esančios molekulės ir dalelės taip pat turi kinetinę energiją, nes jos nuolat vibruoja arba juda. Kai dujų molekulės susiduria su juos ribojančios medžiagos paviršiumi, jos daro jam jėgą. Jėga, padalyta iš ploto, yra lygi slėgiui. Štai kodėl sumažinus dujų tūrį padidėja jų slėgis - molekulės apsiriboja mažesniu plotu, tačiau jų vidutinė kinetinė energija nepakito, todėl jėga, kurią jie daro aplink juos esančiai medžiagai, didėja.
Gravitacinė potenciali energija
Kai jūsų raketa kyla, judėjimo kinetinė energija virsta gravitacijos potencialo energija. Raketa juda toliau nuo Žemės paviršiaus, taigi kaip ir neigiamas ir teigiamas krūvis nutolusi viena nuo kitos, raketa turi didesnę gravitacinę potencialą, kai ji lipa toliau nuo žemės. Kai gravitacija jį traukia, jo greitis mažėja, kol pasiekia tašką, kuriame visa kinetinė energija buvo paversta gravitacijos potencialo energija. Šiuo metu raketa pradeda kristi.
Krisdamas į Žemę
Krintant butelio raketai, gravitacijos potencialo energija virsta kinetine energija, o butelio raketos greitis greitai didėja. Galiausiai jis atsitrenkia į žemę, kur jos kinetinė energija išsisklaido kaip atsitiktinis molekulių judėjimas grindinyje - kitaip tariant, kaip šiluma.
Galite pastebėti, kad butelio raketos pakilimo ir kritimo metu jokia energija „neišnyksta“ - visa energija arba transformuojasi iš vienos formos į kitą, arba iš šilumos pereina į trintį ir oro pasipriešinimą. Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad energijos negalima nei sukurti, nei sunaikinti; jis tik keičiasi iš vienos formos į kitą.
