V porovnaní s raketoplánom NASA alebo čínskou kozmickou loďou Šen-čou je raketa s fľašou pomerne jednoduchá záležitosť - iba fľaša sódy plná vody a stlačeného vzduchu. Ale táto jednoduchosť je klamná. Raketa s fľašou je skutočne skvelý spôsob, ako porozumieť a porozmýšľať nad niektorými základnými pojmami vo fyzike, ako sú rôzne formy energie, jej sila a potenciál.
Potenciálna energia
Objekt má potenciálnu energiu na základe svojej konfigurácie alebo polohy v silovom poli. Ak sa dva kladné náboje priblížia k sebe, zvýšili potenciálnu energiu. Ak vezmete vzduch a stlačíte ho, dodá to energiu a zvýšený tlak stlačeného vzduchu je mierou jeho potenciálnej energie na objem. Keď sa raketa fľaše odblokuje, vzduch vo vnútri má väčší tlak ako vonkajší vzduch, takže sa rozpína a vytláča vodu z fľaše. Pre každú akciu existuje rovnaká a opačná reakcia; takže sila nadol vyvíjaná týmto rozpínaním a vypudzovaním zasa tlačí raketu nahor. Potenciálna energia uložená v stlačenom vzduchu sa premieňa na kinetickú energiu.
Kinetická energia
Kinetická energia je energia pohybu. Pohybujúci sa alebo padajúci predmet ako raketa s fľašou má kinetickú energiu. Molekuly a častice vo vnútri objektu majú tiež kinetickú energiu, pretože neustále vibrujú alebo sa pohybujú. Keď sa molekuly plynu zrazia s povrchom materiálu, ktorý ich obmedzuje, pôsobia na neho silou. Sila vydelená plochou sa rovná tlaku. Preto zmenšenie objemu plynu zvyšuje jeho tlak - molekuly sú obmedzené na menšiu plochu, ale ich priemerná kinetická energia sa nezmenila, takže sila, ktorú vyvíjajú na materiál okolo, sa zvyšuje.
Gravitačná potenciálna energia
Keď vaša raketa stúpa, kinetická energia pohybu sa premieňa na gravitačnú potenciálnu energiu. Raketa sa pohybuje ďalej od zemského povrchu, rovnako ako sa pohyboval negatívny a pozitívny náboj ďaleko od seba, raketa má vyššiu gravitačnú potenciálnu energiu, keď stúpa ďalej od zem. Keď na ňu gravitácia ťahá, jej rýchlosť klesá, až kým nedosiahne bod, v ktorom sa všetka kinetická energia transformuje na gravitačnú potenciálnu energiu. V tomto okamihu začne raketa padať.
Padajúc na Zem
Pri páde rakety s fľašou sa gravitačná potenciálna energia transformuje na kinetickú energiu a rýchlosť rakety s fľašou sa rýchlo zvyšuje. Nakoniec dopadne na zem, kde sa jej kinetická energia rozptýli ako náhodný pohyb molekúl v chodníku - inými slovami ako teplo.
Môžete si všimnúť, že počas stúpania a klesania rakety s fľašami žiadna energia „nezmizne“ - všetka energia sa buď premieňa z jednej formy na druhú, alebo sa mení z tepla na trenie a odpor vzduchu. Prvý zákon termodynamiky tvrdí, že energiu nemožno vytvoriť ani zničiť; iba sa mení z jednej formy do druhej.