Oblike energije pri lansiranju rakete za steklenice z vodo

V primerjavi z NASA-jevim raketoplanom ali kitajskim vesoljskim plovilom Shenzhou je raketa s steklenicami razmeroma preprosta zadeva - le steklenica soda, polna vode in stisnjenega zraka. Toda ta preprostost je varljiva. Raketa iz steklenice je pravzaprav odličen način za razumevanje in razmišljanje o nekaterih osnovnih pojmih v fiziki, kot so različne oblike energije, njena sila in potencial.

Potencialna energija

Predmet ima potencialno energijo zaradi svoje konfiguracije ali položaja v polju sile. Če se dva pozitivna naboja približata, imata povečano potencialno energijo. Če vzamete zrak in ga stisnete, to vnese energijo, povečani tlak stisnjenega zraka pa meri njegovo potencialno energijo na prostornino. Ko se raketa steklenice odpira, ima zrak v njej večji pritisk kot zunanji zrak, zato se razširi in iz steklenice izžene vodo. Za vsako dejanje obstaja enaka in nasprotna reakcija; tako sila navzdol, ki jo izvaja ta ekspanzija in izgon, potisne raketo navzgor. Potencialna energija, shranjena v stisnjenem zraku, se pretvori v kinetično energijo.

Kinetična energija

Kinetična energija je energija gibanja. Premikajoč se ali padajoč predmet, kot je raketa steklenice, ima kinetično energijo. Molekule in delci znotraj predmeta imajo tudi kinetično energijo, ker nenehno vibrirajo ali se premikajo. Ko molekule plina trčijo s površino materiala, ki jih zadržuje, nanjo delujejo sila. Sila, deljena s površino, je enaka tlaku. Zato zmanjšanje prostornine plina poveča njegov tlak - molekule so omejene na manjše območje, vendar se njihova povprečna kinetična energija ni spremenila, zato se sila, ki jo izvajajo na material okoli sebe, poveča.

Gravitacijska potencialna energija

Ko se vaša raketa dvigne, se kinetična energija gibanja spremeni v gravitacijsko potencialno energijo. Raketa se oddaljuje bolj od Zemljine površine, tako kot negativni in pozitivni naboj drug od drugega ima raketa višjo gravitacijsko potencialno energijo, ko se vzpenja dlje od tla. Ko gravitacija potegne nase, se njegova hitrost zmanjšuje, dokler ne doseže točke, ko se vsa kinetična energija spremeni v gravitacijsko potencialno energijo. Na tej točki začne raketa padati.

Padanje na Zemljo

Ko raketa steklenice pade, se gravitacijska potencialna energija spremeni v kinetično energijo in hitrost rakete steklenice se hitro poveča. Sčasoma udari o tla, kjer se njegova kinetična energija razprši kot naključno gibanje molekul na pločniku - z drugimi besedami, kot toplota.

Morda boste opazili, da med vzponom in padcem rakete steklenice nobena energija ne "izgine" - vsa energija se bodisi preoblikuje iz ene oblike v drugo bodisi se spremeni iz toplote v trenje in zračni upor. Prvi zakon termodinamike drži, da energije ni mogoče ustvariti niti uničiti; zgolj se spreminja iz ene oblike v drugo.

  • Deliti
instagram viewer