Mi történik egy tárgyként a Föld felé?

Amikor egy tárgy a Föld felé esik, sokféle dolog történik, az energiaátadástól kezdve a légellenállástól a növekvő sebességig és lendületig. Az összes tényező megértése felkészíti Önt arra, hogy megértse a klasszikus fizika számos problémáját, az olyan kifejezések jelentését, mint a lendület, és az energiatakarékosság természetét. A rövid változat az, hogy amikor egy tárgy a Föld felé esik, sebességet, lendületet és kinetikát kap az energia növekszik, amikor a gravitációs potenciálja csökken, de ez a magyarázat sok fontosat kihagy részletek.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Amikor egy tárgy a Föld felé esik, a gravitációs erő hatására felgyorsul, sebességet és lendületet kap, amíg a a légellenállás pontosan kiegyensúlyozza az objektum súlya miatti lefelé irányuló erőt - ezt a pontot terminálisnak nevezik sebesség.

A tárgy gravitációs potenciális energiája a zuhanás kezdetekor kinetikai energiává alakul, miközben esik a kinetikus energia a hang előállításához megy, ami a tárgy felpattan, és deformálja vagy eltöri a tárgyat, amikor ütközik talaj.

A gravitáció hatására a tárgyak a Föld felé esnek. A bolygó teljes felületén a gravitáció állandó, 9,8 m / s gyorsulást okoz², általában a szimbólumot kapjákg. Ez mindig enyhén változik attól függően, hogy hol van (kb. 9,78 m / s² az Egyenlítőnél és 9,83 m / s² a pólusoknál), de nagyjából ugyanaz marad a felszínen. Ez a gyorsulás hatására az objektum sebessége másodpercenként 9,8 méterrel növekszik másodpercenként, amikor a gravitáció alá esik.

Lendület (o) szorosan kapcsolódik a sebességhez (v) az egyenleten keresztül:

így az objektum lendületet kap teljes esése során. A tárgy tömege nem befolyásolja, hogy milyen gyorsan esik a gravitáció alá, de a masszív tárgyaknak ugyanolyan sebességgel van nagyobb lendülete e kapcsolat miatt.

Az erő (F) a tárgyra ható Newton második törvénye mutatja be, amely kimondja:

Ebben az esetben a gyorsulás a gravitációnak köszönhető, teháta​ = ​g,ami azt jelenti:

amely a tömeg egyenlete.

A Föld légköre szerepet játszik a folyamatban. A levegő lassítja az objektum zuhanását a légellenállás miatt (lényegében az összes olyan levegőmolekula ereje, amely zuhanás közben eléri), ​​és ez az erő annál gyorsabban növekszik. Ez addig folytatódik, amíg el nem éri a végsebességnek nevezett pontot, ahol az objektum súlya miatti lefelé irányuló erő pontosan megegyezik a légellenállás miatti felfelé irányuló erővel. Amikor ez megtörténik, az objektum már nem tud gyorsulni, és továbbra is ezzel a sebességgel esik, amíg a földre nem kerül.

Olyan testen, mint a mi holdunk, ahol nincs légkör, ez a folyamat nem következne be, és az objektum a gravitáció miatt tovább gyorsulna, amíg a földre nem ér.

Alternatív módon lehet gondolkodni azon, hogy mi történik, amikor egy tárgy a Föld felé esik, az energia szempontjából. Mielőtt leesne - ha feltételezzük, hogy helyhez kötött - az objektum energiával rendelkezik gravitációs potenciál formájában. Ez azt jelenti, hogy a Föld felszínéhez viszonyított pozíciója miatt nagy sebességet képes felvenni. Ha álló, akkor mozgási energiája nulla. Amikor az objektumot elengedik, a gravitációs potenciális energia fokozatosan átalakul kinetikus energiává, miközben sebességet vesz fel. Légellenállás hiányában, amely némi energiaveszteséget okoz, a kinetikus energia közvetlenül a a földet érő tárgy azonos lenne a gravitációs potenciál energiájával, amely a legmagasabb volt pont.

Amikor a tárgy a földre ér, a mozgási energiának valahova el kell jutnia, mert az energia nem keletkezik vagy semmisül meg, csak átkerül. Ha az ütközés rugalmas, ami azt jelenti, hogy az objektum felpattanhat, az energia nagy része abba kerül, hogy újra felpattanjon. Minden valódi ütközés során az energia elvész, amikor a földre ér, némelyikük hangot hoz létre, mások pedig deformálják vagy akár széttöri a tárgyat. Ha az ütközés teljesen rugalmatlan, az objektum összezúzódik vagy összetörik, és az összes energia a hang és a tárgyra gyakorolt ​​hatás létrehozására megy.