Par rapport à une navette spatiale de la NASA ou le vaisseau spatial Shenzhou de la Chine, une fusée de bouteille est une affaire relativement simple - juste une bouteille pleine d'eau et d'air comprimé de soude. Mais cette simplicité est trompeuse. Une fusée de bouteille est en fait un excellent moyen de comprendre et de réfléchir à des concepts de base en physique, comme différentes formes d'énergie, sa force et son potentiel.
Énergie potentielle
Un objet a une énergie potentielle en raison de sa configuration ou sa position dans un champ de force. Si deux charges positives se rapprochent, ils ont augmenté l'énergie potentielle. Si vous prenez l'air et le compresser, cette énergie entrées, et la pression accrue de l'air comprimé est une mesure de son énergie potentielle par volume. Lorsque la fusée de bouteille UNCAPS, l'air a l'intérieur une plus grande pression que l'air extérieur, de sorte qu'il se dilate et expulse l'eau de la bouteille. Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée; alors force vers le bas exercée par cette expansion et l'expulsion à son tour pousse la fusée vers le haut. L'énergie potentielle emmagasinée dans l'air comprimé se traduit par une énergie cinétique.
Énergie cinétique
L'énergie cinétique est l'énergie du mouvement. Un objet en mouvement ou tombant comme la fusée de la bouteille a une énergie cinétique. Molécules et particules à l'intérieur d'un objet ont une énergie cinétique ainsi, parce qu'ils vibrent en permanence ou se déplacent. En tant que molécules de gaz entrent en collision avec la surface du matériau les confinant, ils exercent une force sur elle. La force divisée par la superficie est égale à la pression. Voilà pourquoi la réduction du volume d'un gaz augmente sa pression - les molécules sont confinés dans une zone plus petite, mais leur énergie cinétique moyenne n'a pas changé, de sorte que la force qu'ils exercent sur la matière autour d'eux augmente.
Énergie potentielle gravitationnelle
Comme votre fusée augmente, l'énergie cinétique du mouvement se traduit par l'énergie potentielle gravitationnelle. La fusée se déplace plus loin de la surface de la Terre, donc comme une charge négative et positive éloignés les uns des autres, la fusée a l'énergie potentielle gravitationnelle plus élevé car il monte plus loin de la terre. Comme la gravité tire sur elle, sa vitesse diminue jusqu'à ce qu'il atteigne un point où toute l'énergie cinétique est transformée en énergie potentielle gravitationnelle. À ce stade, la fusée commence à tomber.
Tomber sur Terre
Comme la fusée de la bouteille tombe, l'énergie potentielle gravitationnelle se transforme en énergie cinétique et la vitesse de la fusée de la bouteille augmente rapidement. Finalement, il frappe le sol, où son énergie cinétique dissipe le mouvement comme aléatoire de molécules dans la chaussée - en d'autres termes, sous forme de chaleur.
Vous pouvez remarquer que lors de la montée et la chute de la fusée de la bouteille, pas d'énergie "disparaît" - toute l'énergie soit transforme d'une forme à une autre ou les changements de la chaleur à la friction et la résistance à l'air. La première loi de la thermodynamique maintient que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite; il change simplement d'une forme à une autre.