Když předmět spadne na Zemi, stane se spousta různých věcí, od přenosu energie přes odpor vzduchu až po rostoucí rychlost a hybnost. Pochopení všech herních faktorů vás připraví na pochopení řady problémů v klasické fyzice, významu pojmů jako hybnost a povahy zachování energie. Krátká verze spočívá v tom, že když předmět spadne k Zemi, získá rychlost a hybnost a svou kinetiku energie se zvyšuje s klesajícím gravitačním potenciálem, ale toto vysvětlení přeskočí mnoho důležitých podrobnosti.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Když předmět spadne k Zemi, zrychluje v důsledku gravitační síly, získává rychlost a hybnost až do vzestupné síly odpor vzduchu přesně vyvažuje sílu směrem dolů kvůli gravitační hmotnosti objektu - bod označovaný jako terminál rychlost.
Gravitační potenciální energie, kterou má objekt na začátku pádu, se při pádu převádí na kinetickou energii, a to kinetická energie jde do produkce zvuku, což způsobí, že se objekt odrazí, a deformuje nebo rozbije předmět, když zasáhne přízemní.
Rychlost, zrychlení, síla a hybnost
Gravitace způsobuje, že předměty padají k Zemi. Gravitace způsobuje na celém povrchu planety konstantní zrychlení 9,8 m / s2, běžně daný symbolG. To se vždy mírně liší v závislosti na tom, kde se nacházíte (je to asi 9,78 m / s2 na rovníku a 9,83 m / s2 na pólech), ale zůstává zhruba stejný po celé ploše. Toto zrychlení způsobí, že se objekt každou sekundu, kdy spadne pod gravitaci, zvýší o 9,8 metrů za sekundu.
Hybnost (str) úzce souvisí s rychlostí (proti) prostřednictvím rovnice:
p = mv
takže objekt získává na síle během svého pádu. Hmotnost objektu nemá vliv na to, jak rychle spadne pod gravitaci, ale masivní objekty mají díky této relaci více hybnosti při stejné rychlosti.
Síla (F) působení na objekt je demonstrováno v Newtonově druhém zákoně, který stanoví:
F = ma
V tomto případě je zrychlení způsobeno gravitací, takžeA = G,což znamená, že:
což je rovnice pro váhu.
Odpor vzduchu a rychlost terminálu
V procesu hraje roli zemská atmosféra. Vzduch zpomaluje pád objektu v důsledku odporu vzduchu (v podstatě síla všech molekul vzduchu, které na něj dopadají při jeho pádu), a tato síla se zvyšuje, čím rychleji předmět padá. Toto pokračuje, dokud nedosáhne bodu zvaného konečná rychlost, kde síla dolů způsobená váhou objektu přesně odpovídá síle nahoru vlivem odporu vzduchu. Když k tomu dojde, objekt již nemůže zrychlovat a nadále klesá takovou rychlostí, dokud nenarazí na zem.
Na těle, jako je náš Měsíc, kde není atmosféra, by tento proces nenastal a objekt by kvůli gravitaci pokračoval v akceleraci, dokud nenarazil na zem.
Přenosy energie na padajícím předmětu
Alternativním způsobem, jak přemýšlet o tom, co se stane, když objekt spadne na Zemi, je energie. Před tím, než spadne - předpokládáme-li, že je stacionární - má objekt energii ve formě gravitačního potenciálu. To znamená, že má potenciál nabrat velkou rychlost díky své poloze vzhledem k povrchu Země. Pokud je v klidu, jeho kinetická energie je nulová. Když je objekt uvolněn, gravitační potenciální energie se postupně přeměňuje na kinetickou energii, jak nabírá rychlost. Při absenci odporu vzduchu, který způsobuje ztrátu určité energie, kinetická energie těsně před předmět zasáhne zem bude stejný jako gravitační potenciální energie, kterou měl na své nejvyšší úrovni směřovat.
Co se stane, když objekt zasáhne zem?
Když předmět dopadne na zem, kinetická energie musí někam jít, protože energie není vytvořena nebo zničena, pouze přenesena. Pokud je srážka elastická, což znamená, že se objekt může odrazit, hodně energie jde do toho, aby se znovu odrazil. Při všech skutečných srážkách dochází ke ztrátě energie při dopadu na zem, přičemž část z nich vytváří zvuk a jiná deformuje nebo dokonce rozbíjí předmět. Pokud je kolize zcela nepružná, objekt je stlačen nebo rozbit a veškerá energie jde do vytváření zvuku a účinku na samotný objekt.
