En comparación con un transbordador espacial de la NASA o la nave espacial Shenzhou de China, un cohete de botella es un asunto relativamente simple: solo una botella de refresco llena de agua y aire comprimido. Pero esa simplicidad es engañosa. Un cohete de botella es en realidad una excelente forma de entender y pensar sobre algunos conceptos básicos de la física, como las diferentes formas de energía, su fuerza y ​​potencial.

Potential Energy

Un objeto tiene energía potencial por virtud de su configuración o su posición en un campo de fuerza. Si dos cargas positivas se acercan, han aumentado la energía potencial. Si toma aire y lo comprime, esto ingresa energía, y la presión incrementada del aire comprimido es una medida de su energía potencial por volumen. Cuando el cohete de la botella se desenrosca, el aire del interior tiene una mayor presión que el aire exterior, por lo que se expande y expulsa el agua de la botella. Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta; así que la fuerza hacia abajo ejercida por esta expansión y expulsión empuja el cohete hacia arriba. La energía potencial almacenada en el aire comprimido se traduce en energía cinética.

Energía cinética

La energía cinética es la energía del movimiento. Un objeto en movimiento o que cae como el cohete de la botella tiene energía cinética. Las moléculas y partículas dentro de un objeto también tienen energía cinética, porque vibran o se mueven constantemente. A medida que las moléculas de gas chocan con la superficie del material que las confina, ejercen fuerza sobre ellas. La fuerza dividida por el área es igual a la presión. Por eso, reducir el volumen de un gas aumenta su presión: las moléculas están confinadas a un área más pequeña, pero su energía cinética promedio no ha cambiado, por lo que aumenta la fuerza que ejercen sobre el material que las rodea.

Gravitacional Energía potencial

A medida que su cohete asciende, la energía cinética del movimiento se traduce en energía potencial gravitacional. El cohete se aleja cada vez más de la superficie de la Tierra, por lo que, al igual que una carga negativa y positiva alejada entre sí, el cohete tiene una mayor energía potencial gravitacional a medida que se aleja del suelo. A medida que la gravedad lo atrae, su velocidad disminuye hasta que alcanza un punto donde toda la energía cinética se ha transformado en energía potencial gravitacional. En este punto, el cohete comienza a caer.

Cayendo a la Tierra

Cuando el cohete de la botella cae, la energía potencial gravitacional se transforma en energía cinética, y la velocidad del cohete de la botella aumenta rápidamente. Finalmente, golpea el suelo, donde su energía cinética se disipa como movimiento aleatorio de moléculas en el pavimento, en otras palabras, como calor.

Puede notar que durante el ascenso y caída del cohete de botella, no la energía "desaparece": toda la energía se transforma de una forma a otra o cambia del calor a la fricción y la resistencia del aire. La primera ley de la termodinámica sostiene que la energía no puede ser creada ni destruida; simplemente cambia de una forma a otra.