Kui objekt langeb Maa poole, juhtub palju erinevaid asju, alates energia ülekandest kuni õhutakistuseni kuni kiiruse ja hoogu tõusma. Kõigi mängivate tegurite mõistmine valmistab teid mõistma mitmeid klassikalise füüsika probleeme, selliste mõistete tähendust nagu impulss ja energia säilitamise olemus. Lühike versioon on see, et kui objekt langeb Maa poole, saab see kiirust ja hoogu ning kineetilist energia suureneb, kui selle gravitatsioonipotentsiaalenergia langeb, kuid see selgitus jätab paljud olulised vahele üksikasjad.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Kui objekt langeb Maa poole, kiireneb see raskusjõu mõjul, saades kiirust ja hoogu kuni õhutakistus tasakaalustab täpselt raskuse all oleva objekti raskusest tingitud allapoole suunatud jõu - punkti, mida nimetatakse terminaliks kiirus.
Objekti gravitatsioonipotentsiaalenergia kukkumise alguses muundub kukkumisel kineetiliseks energiaks ja see kineetiline energia läheb heli tekitamiseks, põhjustades objekti põrgatamist ning objekti deformeerides või purustades jahvatatud.
Kiirus, kiirendus, jõud ja hoog
Raskusjõud põhjustab objektide langemist Maa poole. Kogu planeedi pinnal põhjustab gravitatsioon pidevat kiirendust 9,8 m / s2, millele antakse tavaliselt sümbolg. See varieerub nii vähe sõltuvalt teie asukohast (see on umbes 9,78 m / s2 ekvaatoril ja 9,83 m / s2 poolustel), kuid see jääb kogu pinnal üldjoontes samaks. Selle kiirenduse tõttu suureneb objekti kiirus 9,8 meetrit sekundis sekundis, kui see gravitatsiooni alla satub.
Hoog (lk) on tihedalt seotud kiirusega (v) võrrandi kaudu:
p = mv
nii et objekt saab kogu kukkumise ajal hoogu juurde. Objekti mass ei mõjuta seda, kui kiiresti see gravitatsiooni alla satub, kuid massiivsetel objektidel on selle seose tõttu sama hooga suurem sama kiirusega.
Jõud (F), mis tegutseb objektil, on näidatud Newtoni teises seaduses, mis ütleb:
F = ma
Sellisel juhul on kiirendus tingitud raskusjõust, nii eta = g,mis tähendab, et:
mis on kaalu võrrand.
Õhutakistus ja terminali kiirus
Maa atmosfäär mängib selles rolli. Õhk aeglustab objekti kukkumist õhutakistuse tõttu (sisuliselt langeb kõigi seda tabavate õhumolekulide jõud) ja see jõud suureneb, seda kiiremini objekt langeb. See jätkub seni, kuni jõuab punkti, mida nimetatakse terminalikiiruseks, kus objekti kaalust tulenev allapoole suunatud jõud vastab täpselt õhutakistuse tõttu tekkivale jõule. Kui see juhtub, ei saa objekt enam kiirendada ja jätkab selle kiirusega langemist, kuni jõuab maani.
Sellisel kehal nagu meie kuu, kus pole atmosfääri, seda protsessi ei toimuks ja objekt kiirendaks gravitatsiooni tõttu kuni maani jõudmiseni.
Energia ülekanded kukkuval objektil
Alternatiivne viis mõelda, mis juhtub siis, kui objekt langeb Maa poole, on energia. Enne kukkumist - kui eeldame, et see on paigal - valdab objekt energiat gravitatsioonipotentsiaali kujul. See tähendab, et tal on potentsiaali kiirendada palju kiirust tänu oma asukohale Maa pinna suhtes. Kui see on statsionaarne, on selle kineetiline energia null. Objekti vabastamisel muudetakse gravitatsioonipotentsiaali energia kiiruse saavutamisel järk-järgult kineetiliseks energiaks. Õhutakistuse puudumisel, mis põhjustab osa energia kadumise, on kineetiline energia vahetult enne objekt lööb maapinnale oleks sama mis gravitatsioonipotentsiaalenergia, mis tal oli kõige kõrgemal punkt.
Mis juhtub, kui objekt põrkab vastu maad?
Kui objekt põrkab vastu maad, peab kineetiline energia kuhugi minema, sest energiat ei looda ega hävitata, vaid kantakse üle. Kui kokkupõrge on elastne, see tähendab, et objekt võib põrgatada, läheb suur osa energiast selle uuesti üles hüppamiseks. Kõigi reaalsete kokkupõrgete korral kaob energia vastu maapinda, kui osa sellest loob heli ja osa deformeerib või isegi purustab objekti. Kui kokkupõrge on täiesti elastne, purustatakse objekt puruks või purustatakse ning kogu energia läheb heli ja efekti loomiseks objektile endale.