İçerik
Bir NASA uzay mekiği veya Chinas Shenzhou uzay aracıyla karşılaştırıldığında, bir şişe roketi nispeten basit bir meseledir - sadece su ve basınçlı hava dolu bir soda şişesi. Ancak bu basitlik aldatıcıdır. Bir şişe roketi aslında farklı enerji formları, gücü ve potansiyeli gibi fizikteki bazı temel kavramları anlamak ve düşünmek için harika bir yoldur.
Potansiyel enerji
Bir cisim, konfigürasyonu veya güç alanındaki konumu sayesinde potansiyel enerjiye sahiptir. İki pozitif yük birbirine yaklaşırsa, potansiyel enerji artar. Hava alırsanız ve sıkıştırırsanız, bu enerji verir ve sıkıştırılmış havanın artan basıncı, hacim başına potansiyel enerjisinin bir ölçüsüdür. Şişe roketi açıldığında, içindeki hava dış havadan daha fazla basınca sahiptir, böylece şişeden suyu genişletir ve dışarı atar. Her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır; bu genişleme ve aşağıya çekme işleminin uyguladığı aşağı doğru kuvvet roketi yukarı doğru iter.Basınçlı havada depolanan potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür.
Kinetik enerji
Kinetik enerji, hareketin enerjisidir. Şişe roketi gibi hareketli veya düşen bir nesne kinetik enerjiye sahiptir. Bir nesnenin içindeki moleküller ve partiküller de kinetik enerjiye sahiptir, çünkü sürekli titrerler veya hareket ederler. Gaz molekülleri onları çevreleyen malzemenin yüzeyiyle çarpıştığında, üzerine kuvvet uygularlar. Alan tarafından bölünen kuvvet, basınca eşittir. Bu nedenle bir gazın hacminin azaltılması basıncını arttırır - moleküller daha küçük bir alana sınırlandırılır, ancak ortalama kinetik enerjileri değişmez, bu nedenle etraflarındaki malzemeye uyguladıkları kuvvet artar.
Yerçekimi Potansiyeli Enerji
Roketiniz arttıkça, hareketin kinetik enerjisi çekim potansiyel enerjisine dönüşür. Roket Dünya yüzeyinden uzağa doğru hareket eder, böylece birbirinden uzaklaşan negatif ve pozitif bir yük gibi, roket yerden uzaklaşırken daha yüksek çekim potansiyeli enerjisine sahiptir. Yerçekimi onu çekerken, hızı tüm kinetik enerjinin yerçekimi potansiyel enerjisine dönüştürüldüğü bir noktaya ulaşana kadar azalır. Bu noktada, roket düşmeye başlar.
Dünyaya Düşmek
Şişe roketi düşerken, yerçekimi potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve şişe roketinin hızı hızla artar. Sonunda, kinetik enerjisinin kaldırımdaki moleküllerin rasgele hareketleri - diğer bir deyişle ısı olarak dağıttığı yere çarpıyor.
Şişe roketinin yükselmesi ve düşmesi sırasında, hiçbir enerjinin “kaybolmadığını” fark edebilirsiniz - tüm enerjiler bir formdan diğerine dönüşür veya sıcaktan sürtünmeye ve hava direncine değişir. Termodinamiğin birinci yasası enerjinin yaratılamayacağını ya da imha edilemeyeceğini; yalnızca bir formdan diğerine değişir.