Cuando un objeto cae hacia la Tierra, suceden muchas cosas diferentes, que van desde la transferencia de energía hasta la resistencia del aire y la velocidad y el impulso crecientes. Comprender todos los factores en juego lo prepara para comprender una variedad de problemas de la física clásica, el significado de términos como el impulso y la naturaleza de la conservación de la energía. La versión corta es que cuando un objeto cae hacia la Tierra, gana velocidad e impulso, y su cinética La energía aumenta a medida que cae su energía potencial gravitacional, pero esta explicación omite muchos detalles.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Cuando un objeto cae hacia la Tierra, se acelera debido a la fuerza de la gravedad, ganando velocidad e impulso hasta que la fuerza ascendente de La resistencia del aire equilibra exactamente la fuerza descendente debida al peso del objeto bajo la gravedad, un punto denominado terminal. velocidad.
La energía potencial gravitacional que tiene un objeto al comienzo de una caída se convierte en energía cinética a medida que cae, y esta La energía cinética se dedica a producir sonido, lo que hace que el objeto rebote y deforme o rompa el objeto cuando golpea el suelo.
Velocidad, aceleración, fuerza e impulso
La gravedad hace que los objetos caigan hacia la Tierra. En toda la superficie del planeta, la gravedad provoca una aceleración constante de 9,8 m / s.2, comúnmente dado el símbologramo. Esto varía ligeramente dependiendo de dónde se encuentre (aproximadamente 9,78 m / s2 en el ecuador y 9,83 m / s2 en los polos), pero permanece prácticamente igual en toda la superficie. Esta aceleración hace que el objeto aumente su velocidad en 9,8 metros por segundo cada segundo que cae bajo la gravedad.
Momentum (pag) está estrechamente relacionado con la velocidad (v) a través de la ecuación:
p = mv
por lo que el objeto gana impulso a lo largo de su caída. La masa del objeto no afecta la rapidez con que cae bajo la gravedad, pero los objetos masivos tienen más impulso a la misma velocidad debido a esta relación.
La fuerza (F) que actúa sobre el objeto se demuestra en la segunda ley de Newton, que establece:
F = ma
En este caso, la aceleración se debe a la gravedad, por lo quea = gramo,Lo que significa que:
que es la ecuación del peso.
Resistencia del aire y velocidad terminal
La atmósfera de la Tierra juega un papel en el proceso. El aire ralentiza la caída del objeto debido a la resistencia del aire (esencialmente la fuerza de todas las moléculas de aire que lo golpean cuando cae), y esta fuerza aumenta cuanto más rápido cae el objeto. Esto continúa hasta que alcanza un punto llamado velocidad terminal, donde la fuerza hacia abajo debida al peso del objeto coincide exactamente con la fuerza hacia arriba debida a la resistencia del aire. Cuando esto sucede, el objeto ya no puede acelerar y continúa cayendo a esa velocidad hasta que golpea el suelo.
En un cuerpo como nuestra luna, donde no hay atmósfera, este proceso no ocurriría y el objeto continuaría acelerándose debido a la gravedad hasta que golpeara el suelo.
Transferencias de energía sobre un objeto que cae
Una forma alternativa de pensar en lo que sucede cuando un objeto cae hacia la Tierra es en términos de energía. Antes de caer, si asumimos que está estacionario, el objeto posee energía en forma de potencial gravitacional. Esto significa que tiene el potencial de ganar mucha velocidad debido a su posición relativa a la superficie de la Tierra. Si está estacionario, su energía cinética es cero. Cuando se suelta el objeto, la energía potencial gravitacional se convierte gradualmente en energía cinética a medida que gana velocidad. En ausencia de resistencia del aire, que hace que se pierda algo de energía, la energía cinética justo antes de la El objeto golpea el suelo sería la misma que la energía potencial gravitacional que tenía en su punto más alto. punto.
¿Qué sucede cuando un objeto golpea el suelo?
Cuando el objeto golpea el suelo, la energía cinética tiene que ir a alguna parte, porque la energía no se crea ni se destruye, solo se transfiere. Si la colisión es elástica, lo que significa que el objeto puede rebotar, gran parte de la energía se destina a hacerlo rebotar de nuevo. En todas las colisiones reales, la energía se pierde cuando golpea el suelo, parte de ella se convierte en un sonido y otra se deforma o incluso rompe el objeto. Si la colisión es completamente inelástica, el objeto se aplasta o se rompe, y toda la energía se destina a crear el sonido y el efecto en el objeto mismo.