Em comparação a um ônibus espacial da NASA ou à nave espacial chinesa Shenzhou, um foguete de garrafa é um assunto relativamente simples - apenas uma garrafa de refrigerante cheia de água e ar comprimido. Mas essa simplicidade é enganosa. Um foguete de garrafa é realmente uma ótima maneira de entender e pensar sobre alguns conceitos básicos da física, como diferentes formas de energia, sua força e potencial.

Energia Potencial

Um objeto tem energia potencial por virtude de sua configuração ou sua posição em um campo de força. Se duas cargas positivas se aproximarem, elas aumentaram a energia potencial. Se você pegar ar e comprimir, isso insere energia, e o aumento da pressão do ar comprimido é uma medida de sua energia potencial por volume. Quando o foguete de garrafa descarrega, o ar no interior tem uma pressão maior do que o ar externo, de modo que se expande e expele a água da garrafa. Para cada ação, há uma reação igual e oposta; então a força descendente exercida por essa expansão e expulsão, por sua vez, empurra o foguete para cima. A energia potencial armazenada no ar comprimido se traduz em energia cinética.

Energia cinética

A energia cinética é a energia do movimento. Um objeto em movimento ou caindo como o foguete de garrafa tem energia cinética. Moléculas e partículas dentro de um objeto têm energia cinética também, porque elas vibram ou se movem constantemente. Quando as moléculas de gás colidem com a superfície do material que as confina, elas exercem força sobre ela. A força dividida pela área é igual à pressão. É por isso que reduzir o volume de um gás aumenta sua pressão - as moléculas estão confinadas a uma área menor, mas a energia cinética média delas não mudou, então a força que elas exercem sobre o material ao redor delas aumenta.

Gravitacional Energia Potencial
Enquanto seu foguete sobe, a energia cinética do movimento se traduz em energia potencial gravitacional. O foguete está se afastando ainda mais da superfície da Terra, assim como uma carga negativa e positiva se afastou uma da outra, o foguete tem maior energia potencial gravitacional à medida que sobe mais longe do solo. À medida que a gravidade a puxa, sua velocidade diminui até chegar a um ponto em que toda a energia cinética foi transformada em energia potencial gravitacional. Neste ponto, o foguete começa a cair.

Caindo na Terra

Quando o foguete cai, a energia potencial gravitacional se transforma em energia cinética, e a velocidade do foguete aumenta rapidamente. Eventualmente, atinge o chão, onde sua energia cinética se dissipa como movimento aleatório de moléculas no pavimento - em outras palavras, como calor.

Você pode notar que durante a subida e descida do foguete de garrafa, não a energia "desaparece" - toda a energia se transforma de uma forma para outra ou muda de calor para fricção e resistência do ar. A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia não pode ser criada nem destruída; apenas muda de uma forma para outra.