Rispetto a uno space shuttle della NASA o alla navicella spaziale cinese di Shenzhou, un razzo di bottiglia è un affare relativamente semplice - solo una bottiglia di soda piena di acqua e aria compressa. Ma quella semplicità è ingannevole. Un razzo a bottiglia è in realtà un ottimo modo per comprendere e pensare a concetti di base in fisica, come le diverse forme di energia, la sua forza e il suo potenziale.

Energia potenziale

Un oggetto ha energia potenziale di virtù della sua configurazione o della sua posizione in un campo di forza. Se due cariche positive si avvicinano, hanno aumentato l'energia potenziale. Se si prende aria e si comprime, questo immette energia e la pressione aumentata dell'aria compressa è una misura della sua energia potenziale per volume. Quando il razzo della bottiglia si sgancia, l'aria all'interno ha una pressione maggiore dell'aria esterna, quindi espande ed espelle l'acqua dalla bottiglia. Per ogni azione, c'è una reazione uguale e contraria; così la forza verso il basso esercitata da questa espansione ed espulsione a sua volta spinge il razzo verso l'alto. L'energia potenziale immagazzinata nell'aria compressa si traduce in energia cinetica.

Energia cinetica

L'energia cinetica è l'energia del movimento. Un oggetto in movimento o in caduta come il razzo di bottiglia ha energia cinetica. Molecole e particelle all'interno di un oggetto hanno anche energia cinetica, perché vibrano o si muovono costantemente. Mentre le molecole di gas si scontrano con la superficie del materiale che le contiene, esercitano una forza su di essa. La forza divisa per l'area è uguale alla pressione. Ecco perché ridurre il volume di un gas aumenta la sua pressione - le molecole sono confinate in un'area più piccola, ma la loro energia cinetica media non è cambiata, quindi aumenta la forza che esercitano sul materiale attorno a loro.

Gravitazionale Energia potenziale

Mentre il tuo razzo si alza, l'energia cinetica del movimento si traduce in energia potenziale gravitazionale. Il razzo si sta allontanando dalla superficie terrestre, quindi, proprio come una carica negativa e positiva allontanata l'una dall'altra, il razzo ha un'energia potenziale gravitazionale più alta mentre si arrampica più lontano dal terreno. Quando la gravità lo attira, la sua velocità diminuisce fino a raggiungere un punto in cui tutta l'energia cinetica è stata trasformata in energia potenziale gravitazionale. A questo punto, il razzo inizia a cadere.


Cadere sulla Terra

Mentre il razzo della bottiglia cade, l'energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica e la velocità del razzo della bottiglia aumenta rapidamente. Alla fine, colpisce il terreno, dove la sua energia cinetica si disperde come movimento casuale di molecole sul pavimento - in altre parole, come calore.

Potresti notare che durante l'ascesa e la caduta del razzo della bottiglia, no l'energia "scompare" - tutta l'energia si trasforma da una forma all'altra o cambia da calore a attrito e resistenza all'aria. La prima legge della termodinamica sostiene che l'energia non può né essere creata né distrutta; cambia semplicemente da una forma all'altra.