Kai daiktas krenta link Žemės, įvyksta daugybė įvairių dalykų, pradedant energijos perdavimais, baigiant oro pasipriešinimu ir didėjančiu greičiu bei impulsu. Suprasti visus žaidžiamus veiksnius, jūs pasiruošiate suprasti įvairias klasikinės fizikos problemas, tokių terminų kaip impulsas reikšmę ir energijos išsaugojimo pobūdį. Trumpa versija yra ta, kad kai daiktas krenta link Žemės, jis įgauna greitį, pagreitį ir kinetiką energija didėja, kai krinta jos gravitacijos potencialo energija, tačiau šis paaiškinimas praleidžia daug svarbių dalykų detales.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Kai daiktas krenta link Žemės, jis pagreitėja dėl sunkio jėgos, įgydamas greitį ir pagreitį, kol oro pasipriešinimas tiksliai subalansuoja jėgą žemyn dėl objekto svorio esant gravitacijai - taškas vadinamas terminalu greitis.
Gravitacinė potencialo energija, kurią objektas turi kritimo pradžioje, krintant paverčiama kinetine energija, ir tai kinetinė energija eina į garso gamybą, dėl ko objektas atšoka, o deformuodamasis ar sulaužydamas daiktą, kai jis smūgiuoja žemės.
Greitis, pagreitis, jėga ir impulsas
Dėl sunkumo objektai krenta link Žemės. Gravitacija visame planetos paviršiuje sukelia pastovų 9,8 m / s pagreitį2, paprastai suteikiamas simbolisg. Tai skiriasi taip nedaug, priklausomai nuo jūsų vietos (tai apie 9,78 m / s2 ties pusiauju ir 9,83 m / s2 ašigaliuose), tačiau visame paviršiuje ji išlieka vienoda. Šis pagreitis sukelia objekto greitį 9,8 metro per sekundę per sekundę, kai jis patenka į gravitaciją.
„Momentum“ (p) yra glaudžiai susijęs su greičiu (v) per lygtį:
p = mv
taigi objektas įgauna pagreitį viso kritimo metu. Objekto masė neturi įtakos, kaip greitai jis patenka į gravitaciją, tačiau masiniai objektai dėl šio santykio turi didesnį pagreitį tokiu pačiu greičiu.
Jėga (F) veikiantis objektas yra parodytas antrame Niutono įstatyme, kuriame teigiama:
F = ma
Šiuo atveju pagreitis atsiranda dėl gravitacijos, taigia = g,tai reiškia kad:
kuri yra svorio lygtis.
Atsparumas orui ir terminalo greitis
Žemės atmosfera vaidina svarbų vaidmenį šiame procese. Oras lėtina objekto kritimą dėl oro pasipriešinimo (iš esmės visų jį pataikančių oro molekulių jėga krisdama), ir ši jėga didėja, tuo greičiau objektas krenta. Tai tęsiasi tol, kol pasiekia tašką, vadinamą galiniu greičiu, kur jėga žemyn dėl objekto svorio tiksliai sutampa su jėga, kylančia dėl oro pasipriešinimo. Kai taip atsitinka, objektas nebegali įsibėgėti ir toliau krenta tokiu greičiu, kol pasiekia žemę.
Tokiame kūne kaip mūsų mėnulis, kur nėra atmosferos, šis procesas neįvyks, o objektas ir toliau greitės dėl gravitacijos, kol pasieks žemę.
Energijos perdavimas krentančiame objekte
Alternatyvus būdas galvoti apie tai, kas vyksta objektui krintant link Žemės, yra energijos požiūriu. Prieš krisdamas - jei manysime, kad jis stovi - objektas turi energiją gravitacinio potencialo pavidalu. Tai reiškia, kad jis gali įgauti didelį greitį dėl savo padėties Žemės paviršiaus atžvilgiu. Jei jis nejudantis, jo kinetinė energija lygi nuliui. Kai objektas paleidžiamas, gravitacinė potencialo energija palaipsniui virsta kinetine energija, kai ji įgauna greitį. Jei nėra oro pasipriešinimo, dėl kurio prarandama tam tikra energija, kinetinė energija prieš pat objektas, atsitrenkęs į žemę, būtų tas pats, kaip gravitacinės potencialo energija, kurią jis turėjo didžiausią taškas.
Kas atsitinka, kai daiktas atsitrenkia į žemę?
Kai daiktas patenka į žemę, kinetinė energija turi kažkur eiti, nes energija nėra sukurta ar sunaikinta, tik perduodama. Jei susidūrimas yra elastingas, o tai reiškia, kad daiktas gali atšokti, didelė energijos dalis tenka tam, kad jis vėl atsimuštų. Visų realių susidūrimų metu energija prarandama, kai ji atsitrenkia į žemę, kai kuri iš jų sukuria garsą, o kita - deformuoja ar net skaido objektą. Jei susidūrimas yra visiškai neelastingas, objektas sutraiškomas arba sutriuškinamas, o visa energija tenka garsui ir poveikiui pačiam objektui sukurti.