Lorsqu'un objet tombe vers la Terre, beaucoup de choses différentes se produisent, allant des transferts d'énergie à la résistance de l'air en passant par la vitesse et l'élan croissants. Comprendre tous les facteurs en jeu vous prépare à comprendre une gamme de problèmes de physique classique, la signification de termes tels que la quantité de mouvement et la nature de la conservation de l'énergie. La version courte est que lorsqu'un objet tombe vers la Terre, il gagne de la vitesse et de l'élan, et sa cinétique l'énergie augmente à mesure que son énergie potentielle gravitationnelle diminue, mais cette explication ignore de nombreux des détails.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Lorsqu'un objet tombe vers la Terre, il accélère en raison de la force de gravité, gagnant de la vitesse et de l'élan jusqu'à ce que la force ascendante de la résistance de l'air équilibre exactement la force descendante due au poids de l'objet sous la gravité - un point appelé terminal rapidité.
L'énergie potentielle gravitationnelle d'un objet au début d'une chute est convertie en énergie cinétique lors de sa chute, et cette l'énergie cinétique entre dans la production de sons, faisant rebondir l'objet et déformant ou cassant l'objet lorsqu'il heurte le terre.
Vitesse, accélération, force et élan
La gravité fait tomber les objets vers la Terre. Sur toute la surface de la planète, la gravité provoque une accélération constante de 9,8 m/s2, communément donné le symboleg. Cela varie très légèrement selon l'endroit où vous vous trouvez (il est d'environ 9,78 m/s2 à l'équateur et 9,83 m/s2 aux pôles), mais il reste globalement le même sur toute la surface. Cette accélération fait augmenter la vitesse de l'objet de 9,8 mètres par seconde chaque seconde où il tombe sous l'effet de la gravité.
Élan (p) est étroitement liée à la vitesse (v) par l'équation :
p=mv
ainsi l'objet prend de l'élan tout au long de sa chute. La masse de l'objet n'affecte pas la vitesse à laquelle il tombe sous l'effet de la gravité, mais les objets massifs ont plus d'élan à la même vitesse en raison de cette relation.
La force (F) agissant sur l'objet est démontré dans la deuxième loi de Newton, qui énonce :
F=ma
Dans ce cas, l'accélération est due à la gravité, doncune = g,ce qui signifie que:
qui est l'équation du poids.
Résistance de l'air et vitesse terminale
L'atmosphère terrestre joue un rôle dans le processus. L'air ralentit la chute de l'objet en raison de la résistance de l'air (essentiellement la force de toutes les molécules d'air qui le frappent lors de sa chute), et cette force augmente plus l'objet tombe vite. Cela continue jusqu'à ce qu'il atteigne un point appelé vitesse terminale, où la force descendante due au poids de l'objet correspond exactement à la force ascendante due à la résistance de l'air. Lorsque cela se produit, l'objet ne peut plus accélérer et continue de tomber à cette vitesse jusqu'à ce qu'il touche le sol.
Sur un corps comme notre lune, où il n'y a pas d'atmosphère, ce processus ne se produirait pas et l'objet continuerait à accélérer en raison de la gravité jusqu'à ce qu'il heurte le sol.
Transferts d'énergie sur un objet en chute
Une autre façon de penser à ce qui se passe lorsqu'un objet tombe vers la Terre est en termes d'énergie. Avant de tomber - si nous supposons qu'il est stationnaire - l'objet possède de l'énergie sous forme de potentiel gravitationnel. Cela signifie qu'il a le potentiel de prendre beaucoup de vitesse en raison de sa position par rapport à la surface de la Terre. S'il est stationnaire, son énergie cinétique est nulle. Lorsque l'objet est relâché, l'énergie potentielle gravitationnelle est progressivement convertie en énergie cinétique au fur et à mesure qu'il prend de la vitesse. En l'absence de résistance de l'air, ce qui provoque une perte d'énergie, l'énergie cinétique juste avant le l'objet heurte le sol serait la même que l'énergie potentielle gravitationnelle qu'il avait à son plus haut point.
Que se passe-t-il lorsqu'un objet touche le sol ?
Lorsque l'objet touche le sol, l'énergie cinétique doit aller quelque part, car l'énergie n'est pas créée ou détruite, seulement transférée. Si la collision est élastique, ce qui signifie que l'objet peut rebondir, une grande partie de l'énergie sert à le faire rebondir à nouveau. Dans toutes les collisions réelles, l'énergie est perdue lorsqu'elle touche le sol, une partie créant un son et une autre déformant ou même cassant l'objet. Si la collision est complètement inélastique, l'objet est écrasé ou écrasé, et toute l'énergie est utilisée pour créer le son et l'effet sur l'objet lui-même.