Kad objekt padne prema Zemlji, događa se puno različitih stvari, od prijenosa energije do otpora zraka do porasta brzine i zamaha. Razumijevanje svih čimbenika u igri priprema vas za razumijevanje niza problema klasične fizike, značenja pojmova poput impulsa i prirode očuvanja energije. Kratka verzija je da kada objekt padne prema Zemlji, on dobiva brzinu i zamah, i svoju kinetiku energija se povećava kako joj gravitacijska potencijalna energija opada, ali ovo objašnjenje preskače mnoge važne pojedinosti.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Kad objekt padne prema Zemlji, on ubrzava uslijed sile teže, dobivajući brzinu i zamah sve dok sila sila prema gore otpor zraka točno uravnotežuje silaznu silu zbog težine predmeta pod gravitacijom - točka koja se naziva terminal brzina.
Gravitacijska potencijalna energija koju objekt ima na početku pada pretvara se u kinetičku energiju dok pada, a to kinetička energija odlazi u stvaranje zvuka, uzrokujući odskok predmeta i deformiranje ili razbijanje predmeta prilikom udara u tlo.
Brzina, ubrzanje, sila i zamah
Gravitacija uzrokuje pad predmeta prema Zemlji. Na cijeloj površini planeta gravitacija uzrokuje konstantno ubrzanje od 9,8 m / s2, kojima se obično daje simbolg. To se uvijek malo razlikuje ovisno o tome gdje se nalazite (oko 9,78 m / s2 na ekvatoru i 9,83 m / s2 na polovima), ali ostaje uglavnom isti po površini. Ovo ubrzanje uzrokuje da objekt povećava brzinu za 9,8 metara u sekundi svake sekunde kad padne pod gravitaciju.
Zamah (str) usko je povezan sa brzinom (v) kroz jednadžbu:
p = mv
pa objekt tijekom svog pada dobiva zamah. Masa predmeta ne utječe na to koliko brzo pada pod gravitaciju, ali masivni predmeti imaju veći zamah istom brzinom zbog ovog odnosa.
Snaga (F) djelovanje na objekt prikazano je u drugom Newtonovom zakonu, koji kaže:
F = ma
U ovom slučaju, ubrzanje je posljedica gravitacije, daklea = g,što znači da:
što je jednadžba za težinu.
Otpor zraka i brzina terminala
Zemljina atmosfera igra ulogu u tom procesu. Zrak usporava pad predmeta zbog otpora zraka (u biti sila svih molekula zraka koji ga udaraju dok pada), a ta sila raste što brže objekt pada. To se nastavlja sve dok ne dosegne točku koja se naziva terminalna brzina, gdje sila prema dolje zbog težine predmeta točno odgovara sili prema gore zbog otpora zraka. Kad se to dogodi, objekt više ne može ubrzati i nastavlja padati tom brzinom sve dok ne padne na tlo.
Na tijelu poput našeg mjeseca, gdje nema atmosfere, taj se proces ne bi dogodio, a objekt bi nastavio ubrzavati zbog gravitacije sve dok ne padne na tlo.
Prijenosi energije na padajućem objektu
Alternativni način razmišljanja o tome što se događa kad objekt padne prema Zemlji je u smislu energije. Prije pada - ako pretpostavimo da je stacionaran - objekt posjeduje energiju u obliku gravitacijskog potencijala. To znači da ima potencijal ubrzati veliku brzinu zbog svog položaja u odnosu na površinu Zemlje. Ako je stacionaran, njegova kinetička energija je nula. Kada se objekt oslobodi, gravitacijska potencijalna energija postupno se pretvara u kinetičku energiju kako ubrzava. U nedostatku otpora zraka, koji uzrokuje gubitak neke energije, kinetička energija neposredno prije objekt koji udari o tlo bio bi isti kao i gravitacijska potencijalna energija koju je imao najvišu točka.
Što se događa kad objekt udari u tlo?
Kad objekt padne na tlo, kinetička energija mora nekamo otići, jer energija nije stvorena ili uništena, već samo prenesena. Ako je sudar elastičan, što znači da objekt može odskočiti, velik dio energije odlazi u njegovo ponovno odbijanje. U svim stvarnim sudarima energija se gubi kad padne na tlo, a neki od njih stvore zvuk, a neki deformiraju ili čak razbiju predmet. Ako je sudar potpuno neelastičan, objekt se zgnječi ili razbije, a sva energija odlazi u stvaranje zvuka i učinka na sam objekt.
