Quando um objeto cai em direção à Terra, muitas coisas diferentes acontecem, variando de transferências de energia à resistência do ar ao aumento da velocidade e do momentum. Compreender todos os fatores em jogo prepara você para compreender uma série de problemas na física clássica, o significado de termos como momentum e a natureza da conservação de energia. A versão resumida é que quando um objeto cai em direção à Terra, ele ganha velocidade e impulso, e sua cinética a energia aumenta à medida que sua energia potencial gravitacional cai, mas esta explicação pula muitos detalhes.
TL; DR (muito longo; Não li)
Quando um objeto cai em direção à Terra, ele acelera devido à força da gravidade, ganhando velocidade e momentum até a força ascendente de a resistência do ar equilibra exatamente a força descendente devido ao peso do objeto sob a gravidade - um ponto referido como terminal velocidade.
A energia potencial gravitacional que um objeto tem no início de uma queda é convertida em energia cinética à medida que cai, e esta energia cinética entra em produção de som, fazendo com que o objeto salte e deformando ou quebrando o objeto quando atinge o chão.
Velocidade, aceleração, força e impulso
A gravidade faz com que os objetos caiam em direção à Terra. Em toda a superfície do planeta, a gravidade causa uma aceleração constante de 9,8 m / s2, normalmente dado o símbolog. Isso varia ligeiramente dependendo de onde você está (é cerca de 9,78 m / s2 no equador e 9,83 m / s2 nos pólos), mas permanece basicamente o mesmo em toda a superfície. Essa aceleração faz com que o objeto aumente a velocidade em 9,8 metros por segundo a cada segundo que cai sob a gravidade.
Momentum (p) está intimamente ligado à velocidade (v) por meio da equação:
p = mv
assim, o objeto ganha impulso ao longo de sua queda. A massa do objeto não afeta a rapidez com que cai sob a gravidade, mas os objetos massivos têm mais impulso com a mesma velocidade por causa dessa relação.
A força (F) agindo sobre o objeto é demonstrado na segunda lei de Newton, que afirma:
F = ma
Neste caso, a aceleração é devido à gravidade, entãouma = g,o que significa que:
que é a equação do peso.
Resistência do ar e velocidade terminal
A atmosfera da Terra desempenha um papel no processo. O ar retarda a queda do objeto devido à resistência do ar (essencialmente a força de todas as moléculas de ar que o atingem conforme ele cai), e essa força aumenta quanto mais rápido o objeto cai. Isso continua até chegar a um ponto denominado velocidade terminal, onde a força para baixo devido ao peso do objeto corresponde exatamente à força para cima devido à resistência do ar. Quando isso acontece, o objeto não consegue mais acelerar e continua caindo nessa velocidade até atingir o solo.
Em um corpo como a nossa lua, onde não há atmosfera, esse processo não ocorreria e o objeto continuaria a acelerar devido à gravidade até atingir o solo.
Transferências de energia em um objeto em queda
Uma forma alternativa de pensar sobre o que acontece quando um objeto cai em direção à Terra é em termos de energia. Antes de cair - se assumirmos que é estacionário - o objeto possui energia na forma de potencial gravitacional. Isso significa que ele tem o potencial de ganhar muita velocidade devido à sua posição em relação à superfície da Terra. Se estiver estacionário, sua energia cinética é zero. Quando o objeto é liberado, a energia potencial gravitacional é gradualmente convertida em energia cinética à medida que ganha velocidade. Na ausência de resistência do ar, o que faz com que alguma energia seja perdida, a energia cinética imediatamente antes do objeto atingir o solo seria o mesmo que a energia potencial gravitacional que ele tinha em seu ponto mais alto apontar.
O que acontece quando um objeto atinge o solo?
Quando o objeto atinge o solo, a energia cinética tem que ir para algum lugar, porque a energia não é criada ou destruída, apenas transferida. Se a colisão for elástica, o que significa que o objeto pode pular, grande parte da energia é usada para fazê-lo pular novamente. Em todas as colisões reais, a energia é perdida quando atinge o solo, parte dela criando um som e outra indo para deformar ou mesmo quebrar o objeto. Se a colisão for completamente inelástica, o objeto é esmagado ou esmagado e toda a energia é usada para criar o som e o efeito no próprio objeto.