כאשר אובייקט נופל לכיוון כדור הארץ, הרבה דברים שונים קורים, החל מהעברת אנרגיה והתנגדות אוויר ועד מהירות עולה ומומנטום. הבנת כל הגורמים המשחק מכינה אותך להבנת מגוון בעיות בפיזיקה הקלאסית, את המשמעות של מונחים כגון מומנטום, ואת אופי שימור האנרגיה. הגרסה הקצרה היא שכאשר אובייקט נופל לכיוון כדור הארץ, הוא צובר מהירות ומומנטום, ואת קינטי שלו האנרגיה עולה ככל שהאנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית שלה נופלת, אך הסבר זה מדלג על חשובים רבים פרטים.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כאשר אובייקט נופל לכיוון כדור הארץ, הוא מאיץ עקב כוח הכבידה, צובר מהירות ומומנטום עד לכוח כלפי מעלה של התנגדות האוויר מאזנת בדיוק את הכוח כלפי מטה עקב משקל האובייקט תחת כוח הכבידה - נקודה המכונה סופנית מְהִירוּת.
אנרגיית הכבידה הפוטנציאלית שיש לאובייקט בתחילת הנפילה מומרת לאנרגיה קינטית עם נפילתו, וזה אנרגיה קינטית עוברת להפקת קול, גורם לאובייקט להקפיץ, ולעוות או לשבור את האובייקט בזמן שהוא מכה את האובייקט קרקע, אדמה.
מהירות, תאוצה, כוח ומומנטום
כוח המשיכה גורם לחפצים ליפול לכיוון כדור הארץ. על פני כל שטח כדור הארץ, כוח המשיכה גורם להאצה מתמדת של 9.8 מ 'לשנייה
מומנטום (עמ ') קשור קשר מהיר למהירות (v) דרך המשוואה:
p = mv
כך שהאובייקט תופס תאוצה לאורך כל נפילתו. המסה של האובייקט אינה משפיעה על המהירות שבה הוא נופל תחת כוח הכבידה, אך לאובייקטים מסיביים יש יותר מומנטום באותה מהירות בגלל מערכת יחסים זו.
הכוח (F) פועל על האובייקט מודגם בחוק השני של ניוטון, הקובע:
F = אמא
במקרה זה, התאוצה נובעת מכוח המשיכה, כךא = g,מה שאומר ש:
שהיא המשוואה למשקל.
התנגדות אוויר ומהירות סופנית
האטמוספירה של כדור הארץ ממלאת תפקיד בתהליך. האוויר מאט את נפילת האובייקט עקב עמידות אוויר (למעשה כוחם של כל מולקולות האוויר הפוגעות בו בזמן שהוא נופל), וכוח זה גדל ככל שהאובייקט נופל מהר יותר. זה ממשיך עד שהוא מגיע לנקודה הנקראת מהירות סופנית, בה הכוח כלפי מטה עקב משקל האובייקט תואם בדיוק את הכוח כלפי מעלה עקב התנגדות אוויר. כשזה קורה, האובייקט לא יכול להאיץ יותר וממשיך ליפול במהירות זו עד שהוא פוגע בקרקע.
בגוף כמו הירח שלנו, בו אין אווירה, התהליך הזה לא היה מתרחש, והאובייקט ימשיך להאיץ בגלל כוח המשיכה עד שהוא יכה על הקרקע.
העברות אנרגיה על עצם נופל
דרך חלופית לחשוב על מה שקורה כאשר אובייקט נופל לכדור הארץ היא במונחים של אנרגיה. לפני שהוא נופל - אם נניח שהוא נייח - האובייקט מחזיק באנרגיה בצורה של פוטנציאל הכבידה. פירוש הדבר שיש לו פוטנציאל לתפוס מהירות רבה בשל מיקומו ביחס לפני השטח של כדור הארץ. אם הוא נייח, האנרגיה הקינטית שלו היא אפס. כאשר האובייקט משתחרר, אנרגיית הפוטנציאל הכבידתי מומרת בהדרגה לאנרגיה קינטית כשהיא תופסת מהירות. בהיעדר עמידות אוויר, הגורמת לאיבוד מעט אנרגיה, האנרגיה הקינטית ממש לפני ה- האובייקט פוגע בקרקע יהיה זהה לאנרגיית הפוטנציאל הכבידתית שהייתה ברמה הגבוהה ביותר נְקוּדָה.
מה קורה כאשר אובייקט מכה בקרקע?
כאשר האובייקט פוגע בקרקע, האנרגיה הקינטית צריכה ללכת לאנשהו, מכיוון שאנרגיה לא נוצרת או נהרסת, אלא רק מועברת. אם ההתנגשות אלסטית, כלומר האובייקט יכול להקפיץ, חלק ניכר מהאנרגיה הוא גורם לו להקפיץ שוב. בכל התנגשויות אמיתיות, האנרגיה הולכת לאיבוד כאשר היא פוגעת בקרקע, חלקה עוברת ליצירת צליל וחלקה עוברת לעיוות או אפילו לפרק את האובייקט. אם ההתנגשות אינה אלסטית לחלוטין, האובייקט נמעך או מנופץ, וכל האנרגיה עוברת ליצירת הצליל וההשפעה על האובייקט עצמו.