Sisu
Võrreldes NASA kosmosesüstiku või Chinas Shenzhou kosmoseaparaadiga, on pudelirakett suhteliselt lihtne asi - lihtsalt soodapudel vett ja suruõhku täis. Kuid see lihtsus on petlik. Pudelikardirakett on tegelikult suurepärane võimalus mõista ja mõelda mõnd füüsika põhiprintsiipi, näiteks erinevad energiavormid, selle jõud ja potentsiaal.
Potentsiaalne energia
Objektil on potentsiaalne energia selle konfiguratsiooni või asukoha tõttu jõuväljas. Kui kaks positiivset laengu lähenevad üksteisele, on nad suurendanud potentsiaalset energiat. Kui võtate õhku ja surute selle sisse, siseneb see energiat ja suruõhu suurenenud rõhk on selle potentsiaalse energia mõõt ruumala kohta. Kui pudel raketi kork lahti saab, on seest õhku suurem rõhk kui välisõhku, mistõttu see paisub ja väljutab pudelist vett. Iga toimingu jaoks on võrdne ja vastupidine reaktsioon; nii et see laienemine ja väljasaatmine avaldab allapoole suunatud jõudu, mis omakorda surub raketi ülespoole.Suruõhus salvestatud potentsiaalne energia muundub kineetiliseks energiaks.
Kineetiline energia
Kineetiline energia on liikumise energia. Liikuval või langeval objektil, näiteks pudelraketil, on kineetiline energia. Objekti sisestel molekulidel ja osakestel on ka kineetiline energia, sest nad pidevalt vibreerivad või liiguvad. Kuna gaasimolekulid põrkuvad neid ümbritseva materjali pinnaga, avaldavad nad sellele jõudu. Pindalaga jagatud jõud võrdub rõhuga. Seetõttu suurendab gaasi mahu vähendamine selle rõhku - molekulid on piiratud väiksema alaga, kuid nende keskmine kineetiline energia pole muutunud, seega suureneb jõud, mida nad ümbritsevale materjalile avaldavad.
Gravitatsiooniline potentsiaalne energia
Kui teie rakett tõuseb, teisendab liikumise kineetiline energia gravitatsiooniliseks potentsiaalseks energiaks. Rakett liigub Maa pinnast kaugemale, nii nagu üksteisest eemale liikuva negatiivse ja positiivse laenguga, on raketil suurem gravitatsioonipotentsiaalienergia, kuna see ronib maapinnast kaugemale. Kui gravitatsioon tõmbab seda, väheneb selle kiirus, kuni see jõuab punktini, kus kogu kineetiline energia on muudetud gravitatsiooniliseks potentsiaalseks energiaks. Sel hetkel hakkab rakett kukkuma.
Maale kukkumine
Pudeli raketi langedes muundub gravitatsiooniline potentsiaalne energia kineetiliseks energiaks ja pudeli raketi kiirus suureneb kiiresti. Lõpuks lööb see maapinnale, kus selle kineetiline energia hajub kõnniteel olevate molekulide juhusliku liikumisena - teisisõnu soojusena.
Võite märgata, et pudeliraketi tõusu ja languse ajal ei "kadu" ükski energia - kogu energia muundub ühest vormist teise või muutub kuumusest hõõrdumiseks ja õhutakistuseks. Termodünaamika esimese seaduse kohaselt ei saa energiat luua ega hävitada; see lihtsalt muutub ühest vormist teise.