Was passiert, wenn ein Objekt in Richtung Erde fällt?

Wenn ein Objekt auf die Erde fällt, passieren viele verschiedene Dinge, von Energieübertragungen über Luftwiderstand bis hin zu steigender Geschwindigkeit und Impuls. Das Verständnis aller Faktoren bereitet Sie darauf vor, eine Reihe von Problemen der klassischen Physik, die Bedeutung von Begriffen wie Impuls und die Natur der Energieerhaltung zu verstehen. Die kurze Version ist, dass, wenn ein Objekt auf die Erde fällt, es an Geschwindigkeit und Schwung gewinnt und seine Kinetik Energie steigt, wenn ihre potentielle Gravitationsenergie sinkt, aber diese Erklärung überspringt viele wichtige Einzelheiten.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Wenn ein Objekt in Richtung Erde fällt, beschleunigt es aufgrund der Schwerkraft und gewinnt an Geschwindigkeit und Schwung, bis die Aufwärtskraft von Luftwiderstand gleicht die Abwärtskraft aufgrund des Gewichts des Objekts unter der Schwerkraft genau aus – ein Punkt, der als Terminal bezeichnet wird Geschwindigkeit.

Die potentielle Gravitationsenergie eines Objekts zu Beginn eines Sturzes wird beim Fallen in kinetische Energie umgewandelt kinetische Energie geht in die Erzeugung von Schall ein, wodurch das Objekt zurückprallt und das Objekt beim Auftreffen verformt oder zerbrochen wird Boden.

Durch die Schwerkraft fallen Gegenstände auf die Erde. Über die gesamte Erdoberfläche bewirkt die Schwerkraft eine konstante Beschleunigung von 9,8 m/s², häufig mit dem SymbolG. Dies variiert je nach Standort geringfügig (es sind etwa 9,78 m/s .).² am Äquator und 9,83 m/s² an den Polen), bleibt aber über die Oberfläche im Großen und Ganzen gleich. Diese Beschleunigung führt dazu, dass das Objekt jede Sekunde, wenn es unter die Schwerkraft fällt, um 9,8 Meter pro Sekunde zunimmt.

Schwung (p) ist eng mit der Geschwindigkeit verbunden (v) durch die Gleichung:

so gewinnt das Objekt während seines Fallens an Schwung. Die Masse des Objekts hat keinen Einfluss darauf, wie schnell es unter der Schwerkraft fällt, aber massive Objekte haben aufgrund dieser Beziehung bei gleicher Geschwindigkeit mehr Impuls.

Die Kraft (F), die auf das Objekt einwirkt, wird im zweiten Newtonschen Gesetz gezeigt, das besagt:

In diesem Fall ist die Beschleunigung auf die Schwerkraft zurückzuführen, alsoein​ = ​G,was bedeutet, dass:

das ist die Gewichtsgleichung.

Dabei spielt die Erdatmosphäre eine Rolle. Die Luft verlangsamt den Fall des Objekts aufgrund des Luftwiderstands (im Wesentlichen die Kraft aller Luftmoleküle, die beim Fallen auf das Objekt treffen), und diese Kraft nimmt zu, je schneller das Objekt fällt. Dies wird fortgesetzt, bis ein Punkt erreicht wird, der als Endgeschwindigkeit bezeichnet wird, wo die nach unten gerichtete Kraft aufgrund des Gewichts des Objekts genau der nach oben gerichteten Kraft aufgrund des Luftwiderstands entspricht. In diesem Fall kann das Objekt nicht mehr beschleunigen und fällt mit dieser Geschwindigkeit weiter, bis es den Boden berührt.

Auf einem Körper wie unserem Mond, wo es keine Atmosphäre gibt, würde dieser Prozess nicht stattfinden und das Objekt würde aufgrund der Schwerkraft weiter beschleunigen, bis es den Boden berührt.

Eine alternative Möglichkeit, darüber nachzudenken, was passiert, wenn ein Objekt auf die Erde fällt, ist die Energie. Bevor es fällt – wenn wir davon ausgehen, dass es stationär ist – besitzt das Objekt Energie in Form von Gravitationspotential. Dies bedeutet, dass es aufgrund seiner Position relativ zur Erdoberfläche das Potenzial hat, viel Geschwindigkeit aufzunehmen. Wenn es stationär ist, ist seine kinetische Energie null. Wenn das Objekt losgelassen wird, wird die potentielle Gravitationsenergie allmählich in kinetische Energie umgewandelt, während es an Geschwindigkeit gewinnt. Bei fehlendem Luftwiderstand, der zu einem Energieverlust führt, wird die kinetische Energie kurz vor dem ein Objekt auf den Boden aufschlägt, wäre die gleiche potentielle Gravitationsenergie, die es am höchsten hatte Punkt.

Wenn das Objekt den Boden berührt, muss die kinetische Energie irgendwohin gehen, denn Energie wird nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur übertragen. Wenn die Kollision elastisch ist, d. h. das Objekt kann abprallen, wird ein Großteil der Energie verwendet, um es wieder aufzuprallen. Bei allen echten Kollisionen geht Energie verloren, wenn es auf den Boden auftrifft, einige davon gehen in die Erzeugung eines Geräusches und andere in die Verformung oder sogar das Zerbrechen des Objekts über. Wenn die Kollision völlig unelastisch ist, wird das Objekt gequetscht oder zerschmettert, und die gesamte Energie fließt in die Erzeugung des Klangs und der Wirkung auf das Objekt selbst.