Ketika sebuah benda jatuh ke Bumi, banyak hal berbeda terjadi, mulai dari transfer energi, hambatan udara, hingga peningkatan kecepatan dan momentum. Memahami semua faktor yang berperan mempersiapkan Anda untuk memahami berbagai masalah dalam fisika klasik, arti istilah seperti momentum, dan sifat kekekalan energi. Versi singkatnya adalah ketika sebuah benda jatuh ke Bumi, ia memperoleh kecepatan dan momentum, dan kinetiknya energi meningkat ketika energi potensial gravitasinya turun, tetapi penjelasan ini melewatkan banyak hal penting rincian.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Ketika sebuah benda jatuh ke bumi, benda itu mengalami percepatan karena gaya gravitasi, memperoleh kecepatan dan momentum hingga gaya ke atas sebesar hambatan udara secara tepat menyeimbangkan gaya ke bawah karena berat benda di bawah gravitasi - titik yang disebut terminal kecepatan.
Energi potensial gravitasi yang dimiliki benda pada awal jatuh diubah menjadi energi kinetik saat jatuh, dan ini falls energi kinetik digunakan untuk menghasilkan suara, menyebabkan objek memantul, dan mengubah bentuk atau menghancurkan objek saat menabrak tanah.
Kecepatan, Percepatan, Gaya, dan Momentum
Gravitasi menyebabkan benda jatuh ke bumi. Di seluruh permukaan planet, gravitasi menyebabkan percepatan konstan sebesar 9,8 m/s2, biasanya diberi simbolg. Ini sedikit berbeda tergantung di mana Anda berada (sekitar 9,78 m/s2 di ekuator dan 9,83 m/s2 di kutub), tetapi secara luas tetap sama di seluruh permukaan. Percepatan ini menyebabkan benda bertambah kecepatannya sebesar 9,8 meter per detik setiap detik benda itu jatuh di bawah gravitasi.
momentum (p) berhubungan erat dengan kecepatan (v) melalui persamaan:
p=mv
sehingga objek memperoleh momentum selama jatuhnya. Massa benda tidak mempengaruhi seberapa cepat benda itu jatuh di bawah gravitasi, tetapi benda-benda besar memiliki lebih banyak momentum pada kecepatan yang sama karena hubungan ini.
Kekuatan (F) yang bekerja pada objek ditunjukkan dalam hukum kedua Newton, yang menyatakan:
F=ma
Dalam hal ini, percepatannya disebabkan oleh gravitasi, jadiSebuah = g,yang berarti bahwa:
yang merupakan persamaan berat.
Tahanan Udara dan Kecepatan Terminal
Atmosfer bumi berperan dalam proses tersebut. Udara memperlambat jatuhnya benda karena hambatan udara (pada dasarnya kekuatan semua molekul udara yang menabraknya saat jatuh), dan gaya ini meningkat semakin cepat benda jatuh. Ini berlanjut hingga mencapai titik yang disebut kecepatan terminal, di mana gaya ke bawah akibat berat benda sama persis dengan gaya ke atas akibat hambatan udara. Ketika ini terjadi, objek tidak dapat dipercepat lagi dan terus jatuh dengan kecepatan itu hingga menyentuh tanah.
Pada benda seperti bulan kita, di mana tidak ada atmosfer, proses ini tidak akan terjadi, dan objek akan terus berakselerasi karena gravitasi hingga menyentuh tanah.
Transfer Energi pada Benda yang Jatuh
Cara alternatif untuk berpikir tentang apa yang terjadi ketika sebuah benda jatuh ke Bumi adalah dalam hal energi. Sebelum jatuh – jika kita menganggapnya diam – benda tersebut memiliki energi dalam bentuk potensial gravitasi. Ini berarti ia memiliki potensi untuk mengambil banyak kecepatan karena posisinya relatif terhadap permukaan bumi. Jika diam, energi kinetiknya nol. Ketika objek dilepaskan, energi potensial gravitasi secara bertahap diubah menjadi energi kinetik saat benda bertambah cepat. Dengan tidak adanya hambatan udara, yang menyebabkan sebagian energi hilang, energi kinetik tepat sebelum benda yang menabrak tanah akan sama dengan energi potensial gravitasi yang dimilikinya pada titik tertinggi titik.
Apa Yang Terjadi Ketika Sebuah Benda Menabrak Tanah?
Ketika benda menyentuh tanah, energi kinetik harus pergi ke suatu tempat, karena energi tidak diciptakan atau dihancurkan, hanya ditransfer. Jika tumbukan bersifat lenting, artinya benda dapat memantul, sebagian besar energi digunakan untuk membuatnya memantul kembali. Dalam semua tumbukan nyata, energi hilang ketika menyentuh tanah, sebagian menghasilkan suara dan sebagian lagi mengubah bentuk atau bahkan menghancurkan benda. Jika tumbukan benar-benar tidak lenting, benda tersebut tergencet atau hancur, dan semua energi digunakan untuk menciptakan suara dan efek pada benda itu sendiri.
