Bir NASA uzay mekiği veya Çin'in Shenzhou uzay aracıyla karşılaştırıldığında, bir şişe roket nispeten basit bir meseledir - sadece su ve basınçlı havayla dolu bir soda şişesi. Ancak bu basitlik aldatıcıdır. Bir şişe roket aslında farklı enerji biçimleri, gücü ve potansiyeli gibi fizikteki bazı temel kavramları anlamanın ve düşünmenin harika bir yoludur.
Potansiyel enerji
Bir nesne, konfigürasyonu veya bir kuvvet alanındaki konumu nedeniyle potansiyel enerjiye sahiptir. İki pozitif yük birbirine yaklaşırsa, potansiyel enerjileri artar. Havayı alıp sıkıştırırsanız, bu enerji girer ve sıkıştırılmış havanın artan basıncı, hacim başına potansiyel enerjisinin bir ölçüsüdür. Şişe roketi açıldığında, içerideki hava dışarıdaki havadan daha fazla basınca sahiptir, bu nedenle şişedeki suyu genişler ve dışarı atar. Her etki için eşit ve zıt bir tepki vardır; dolayısıyla bu genişleme ve dışarı atma tarafından uygulanan aşağı yönlü kuvvet, roketi yukarı doğru iter. Basınçlı havada depolanan potansiyel enerji, kinetik enerjiye dönüşür.
Kinetik enerji
Kinetik enerji, hareket enerjisidir. Şişe roketi gibi hareket eden veya düşen bir nesnenin kinetik enerjisi vardır. Bir nesnenin içindeki moleküller ve parçacıklar da sürekli titreştikleri veya hareket ettikleri için kinetik enerjiye sahiptir. Gaz molekülleri kendilerini sınırlayan malzemenin yüzeyiyle çarpıştığında, ona kuvvet uygularlar. Kuvvetin alana bölümü basınca eşittir. Bu nedenle bir gazın hacmini azaltmak, basıncını arttırır -- moleküller daha küçük bir alanla sınırlandırılır, fakat ortalama kinetik enerjileri değişmediği için etraflarındaki malzemeye uyguladıkları kuvvet artar.
Yerçekimi Potansiyel Enerjisi
Roketiniz yükseldikçe, hareketin kinetik enerjisi yerçekimi potansiyel enerjisine dönüşür. Roket, Dünya yüzeyinden uzaklaşıyor, yani tıpkı negatif ve pozitif bir yükün hareket etmesi gibi. birbirinden uzaklaştıkça roket, yörüngeden uzaklaştıkça daha yüksek yerçekimi potansiyel enerjisine sahiptir. zemin. Yerçekimi onu çekerken, tüm kinetik enerjinin yerçekimi potansiyel enerjisine dönüştüğü bir noktaya ulaşana kadar hızı azalır. Bu noktada roket düşmeye başlar.
Dünya'ya Düşmek
Şişe roket düştükçe, yerçekimi potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve şişe roketin hızı hızla artar. Sonunda, kinetik enerjisinin kaldırımdaki moleküllerin rastgele hareketi olarak, başka bir deyişle ısı olarak dağıldığı yere çarpar.
Şişe roketinin yükselişi ve düşüşü sırasında hiçbir enerjinin "kaybolmadığını" fark edebilirsiniz - tüm enerji ya bir biçimden diğerine dönüşür ya da ısıdan sürtünmeye ve hava direncine dönüşür. Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin ne yaratılabileceğini ne de yok edilebileceğini kabul eder; sadece bir biçimden diğerine dönüşür.