Comparée à une navette spatiale de la NASA ou au vaisseau spatial chinois Shenzhou, une fusée à bouteille est une affaire relativement simple - juste une bouteille de soda remplie d'eau et d'air comprimé. Mais cette simplicité est trompeuse. Une fusée à bouteille est en fait un excellent moyen de comprendre et de réfléchir sur certains concepts de base en physique, comme les différentes formes d'énergie, sa force et son potentiel.

L'énergie potentielle

Un objet a une énergie potentielle vertu de sa configuration ou de sa position dans un champ de force. Si deux charges positives se rapprochent, elles ont augmenté l'énergie potentielle. Si vous prenez de l'air et le comprimez, cette énergie d'entrée, et la pression accrue de l'air comprimé est une mesure de son énergie potentielle par volume. Lorsque la bouteille se désarme, l'air à l'intérieur a une pression plus élevée 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; la force vers le bas exercée par cette expansion et expulsion pousse à son tour la fusée vers le haut. L'énergie potentielle stockée dans l'air comprimé se traduit par de l'énergie cinétique.

L'énergie cinétique

L'énergie cinétique est l'énergie du mouvement. Un objet en mouvement ou en chute comme la fusée à bouteille a une énergie cinétique. Les molécules et les particules à l'intérieur d'un objet ont également une énergie cinétique, car elles vibrent ou bougent constamment. À mesure que les molécules de gaz entrent en collision avec la surface du matériau qui les emprisonne, elles exercent une force sur elles. La force divisée par la surface est égale à la pression. C'est pourquoi réduire le volume d'un gaz augmente sa pression - les molécules sont confinées dans une zone plus petite, mais leur énergie cinétique moyenne n'a pas changé, donc la force qu'elles exercent sur le matériau qui les entoure augmente.

Gravitationnelle L'énergie potentielle

Lorsque votre fusée augmente, l'énergie cinétique du mouvement se traduit par une énergie potentielle gravitationnelle. La fusée se déplace plus loin de la surface de la Terre, de sorte qu'une charge négative et positive s'éloigne l'une de l'autre, la fusée a une énergie potentielle gravitationnelle plus élevée lorsqu'elle s'éloigne du sol. Au fur et à mesure que la gravité l'attire, sa vitesse diminue jusqu'à atteindre un point où toute l'énergie cinétique a été transformée en énergie potentielle gravitationnelle. À ce stade, la fusée commence à tomber.
Alors que la fusée tombe, l'énergie potentielle gravitationnelle se transforme en énergie cinétique et la vitesse de la fusée augmente rapidement. Finalement, il frappe le sol, où son énergie cinétique se dissipe comme un mouvement aléatoire des molécules dans la chaussée - en d'autres termes, comme la chaleur.

Vous remarquerez peut-être que lors de la montée et la chute de la fusée, l'énergie «disparaît» - toute énergie se transforme d'une forme à l'autre ou passe de la chaleur à la friction et à la résistance de l'air. La première loi de la thermodynamique soutient que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite; cela change simplement d'une forme à l'autre.