เนื้อหา
เมื่อเปรียบเทียบกับกระสวยอวกาศของนาซ่าหรือยานอวกาศ Chinas Shenzhou จรวดในขวดเป็นเรื่องที่ค่อนข้างง่าย - แค่ขวดโซดาที่เต็มไปด้วยน้ำและอากาศอัด แต่ความเรียบง่ายนั้นมันหลอกลวง จรวดขวดเป็นวิธีที่ดีในการทำความเข้าใจและคิดเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานบางอย่างในฟิสิกส์เช่นพลังงานรูปแบบต่าง ๆ กำลังและศักยภาพของมัน
พลังงานศักย์
วัตถุมีพลังงานศักย์จากการกำหนดค่าหรือตำแหน่งในสนามแรง หากประจุบวกทั้งสองเคลื่อนที่เข้าหากันพวกมันจะเพิ่มพลังงานศักย์ หากคุณรับอากาศและอัดเข้าไปพลังงานนี้จะป้อนพลังงานและความดันที่เพิ่มขึ้นของอากาศอัดนั้นเป็นการวัดพลังงานศักย์ต่อปริมาตร เมื่อขวดจรวดพุ่งออกมาอากาศภายในจะมีแรงดันมากกว่าอากาศภายนอกดังนั้นมันจึงขยายและขับน้ำออกจากขวด ทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมและตรงกันข้าม ดังนั้นแรงที่ลงจากการขยายตัวและการขับไล่นี้จึงผลักจรวดขึ้นไปพลังงานศักย์ที่เก็บไว้ในอากาศอัดจะแปลเป็นพลังงานจลน์
พลังงานจลน์
พลังงานจลน์เป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ วัตถุที่เคลื่อนที่หรือตกลงมาเหมือนจรวดในขวดมีพลังงานจลน์ โมเลกุลและอนุภาคภายในวัตถุนั้นมีพลังงานจลน์เช่นกันเนื่องจากพวกมันสั่นสะเทือนหรือเคลื่อนที่ตลอดเวลา เมื่อโมเลกุลของก๊าซชนกับพื้นผิวของวัสดุที่กักพวกมันพวกมันก็จะออกแรง แรงที่หารด้วยพื้นที่เท่ากับแรงดัน ทำไมการลดปริมาตรของแก๊สจึงเพิ่มความดัน - โมเลกุลถูกกักขังอยู่ในพื้นที่ที่เล็กกว่า แต่พลังงานจลน์เฉลี่ยไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นแรงที่พวกมันกระทำกับวัตถุรอบตัวจะเพิ่มขึ้น
พลังงานศักย์โน้มถ่วง
ในขณะที่จรวดของคุณเพิ่มขึ้นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนไหวแปลเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง จรวดกำลังเคลื่อนที่ห่างจากพื้นผิวโลกเช่นเดียวกับประจุลบและประจุบวกที่เคลื่อนย้ายออกจากกันจรวดนั้นมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงสูงกว่าเมื่อมันปีนขึ้นไปไกลจากพื้นดิน เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงลงความเร็วจะลดลงจนกระทั่งถึงจุดที่พลังงานจลน์ทั้งหมดถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วง เมื่อมาถึงจุดนี้จรวดเริ่มลดลง
ล้มลงสู่พื้นดิน
ในขณะที่ขวดจรวดตกลงไปพลังงานศักย์โน้มถ่วงจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์และความเร็วของขวดจรวดจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในที่สุดมันกระแทกกับพื้นดินซึ่งพลังงานจลน์ของมันสลายตัวเมื่อมีการเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลในผิวทาง - กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือความร้อน
คุณอาจสังเกตเห็นว่าในช่วงที่จรวดพุ่งขึ้นและตกไม่มีพลังงาน "หายไป" - พลังงานทั้งหมดเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งหรือเปลี่ยนจากความร้อนเป็นแรงเสียดทานและความต้านทานอากาศ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ถือว่าพลังงานนั้นไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ มันเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น