Jämfört med en NASA-rymdfärja eller Kinas Shenzhou-rymdfarkoster är en flaskraket en relativt enkel affär - bara en läskflaska full av vatten och tryckluft. Men den enkelheten är vilseledande. En flaskraket är faktiskt ett utmärkt sätt att förstå och tänka på några grundläggande begrepp inom fysik, som olika former av energi, dess kraft och potential.
Potentiell energi
Ett objekt har potentiell energi på grund av dess konfiguration eller dess position i ett kraftfält. Om två positiva laddningar rör sig närmare varandra har de ökat potentiell energi. Om du tar luft och komprimerar den, matar det in energi och tryckluftens ökade tryck är ett mått på dess potentiella energi per volym. När flaskan rakas av har luften inuti större tryck än utomhusluften, så den expanderar och driver ut vatten från flaskan. För varje handling finns en lika och motsatt reaktion; så nedåtriktad kraft som utövas av denna expansion och utvisning driver i sin tur raketen uppåt. Den potentiella energi som lagras i tryckluften översätts till kinetisk energi.
Rörelseenergi
Kinetisk energi är rörelsens energi. Ett rörligt eller fallande föremål som flaskraketen har kinetisk energi. Molekyler och partiklar inuti ett föremål har också kinetisk energi eftersom de ständigt vibrerar eller rör sig. När gasmolekyler kolliderar med ytan på materialet som begränsar dem utövar de kraft på den. Kraften dividerad med arean är lika med trycket. Därför ökar gasens volym sitt tryck - molekylerna är begränsade till ett mindre område, men deras genomsnittliga kinetiska energi har inte förändrats, så kraften de utövar på materialet runt dem ökar.
Potentiell gravitationsenergi
När din raket stiger översätts rörelsens kinetiska energi till gravitationspotentialenergi. Raketet rör sig längre bort från jordens yta, så precis som en negativ och positiv laddning rörde sig bort från varandra har raketen högre gravitationspotentialenergi när den klättrar längre från jord. När tyngdkraften drar i sig minskar dess hastighet tills den når en punkt där all kinetisk energi har omvandlats till gravitationspotentialenergi. Vid denna tidpunkt börjar raketen att falla.
Faller till jorden
När flaskraketen faller omvandlas gravitationspotentialenergi till kinetisk energi och flaskrakets hastighet ökar snabbt. Så småningom slår den marken, där dess kinetiska energi försvinner som slumpmässig rörelse av molekyler i trottoaren - med andra ord som värme.
Du kanske märker att ingen energi "försvinner" under flaskraketens uppgång och fall - all energi antingen förvandlas från en form till en annan eller ändras från värme till friktion och luftmotstånd. Den första lagen om termodynamik hävdar att energi varken kan skapas eller förstöras; det förändras bara från en form till en annan.