Ce se întâmplă când un obiect cade spre Pământ?

Când un obiect cade spre Pământ, se întâmplă o mulțime de lucruri diferite, variind de la transferurile de energie la rezistența aerului la creșterea vitezei și a impulsului. Înțelegerea tuturor factorilor în joc vă pregătește pentru înțelegerea unei game de probleme din fizica clasică, semnificația unor termeni precum impulsul și natura conservării energiei. Versiunea scurtă este că, atunci când un obiect cade spre Pământ, acesta câștigă viteză și impuls și cinetica sa energia crește pe măsură ce energia potențială gravitațională scade, dar această explicație omite multe importante Detalii.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Când un obiect cade spre Pământ, acesta accelerează datorită forței gravitaționale, câștigând viteză și impuls până la forța ascendentă a rezistența la aer echilibrează exact forța descendentă datorată greutății obiectului sub gravitație - un punct denumit terminal viteză.

Energia potențială gravitațională pe care o are un obiect la începutul căderii este convertită în energie cinetică pe măsură ce cade, iar aceasta energia cinetică intră în producerea sunetului, provocând obiectul să sară și deformând sau rupând obiectul pe măsură ce lovește sol.

instagram story viewer

Viteză, accelerație, forță și impuls

Gravitația face ca obiectele să cadă spre Pământ. Pe întreaga suprafață a planetei, gravitația provoacă o accelerație constantă de 9,8 m / s2, frecvent dat simboluluig. Acest lucru variază atât de ușor în funcție de locul în care vă aflați (este de aproximativ 9,78 m / s2 la ecuator și 9,83 m / s2 la poli), dar rămâne în mare măsură la fel pe suprafață. Această accelerație face ca obiectul să crească în viteză cu 9,8 metri pe secundă în fiecare secundă în care cade sub gravitație.

Impuls (p) este strâns legată de viteză (v) prin ecuație:

p = mv

astfel încât obiectul capătă impuls pe tot parcursul căderii sale. Masa obiectului nu afectează cât de repede cade sub gravitație, dar obiectele masive au mai mult impuls cu aceeași viteză datorită acestei relații.

Forta (F) acțiunea asupra obiectului este demonstrată în a doua lege a lui Newton, care prevede:

F = ma

În acest caz, accelerația se datorează gravitației, deciA​ = ​g,ceea ce înseamnă că:

care este ecuația pentru greutate.

Rezistența la aer și viteza terminală

Atmosfera Pământului joacă un rol în acest proces. Aerul încetinește căderea obiectului datorită rezistenței aerului (în esență, forța tuturor moleculelor de aer care îl lovesc pe măsură ce cade), iar această forță crește cu cât obiectul cade mai repede. Aceasta continuă până când atinge un punct numit viteza terminală, unde forța descendentă datorată greutății obiectului se potrivește exact cu forța ascendentă datorată rezistenței aerului. Când se întâmplă acest lucru, obiectul nu mai poate accelera și continuă să cadă cu viteza respectivă până când lovește solul.

Pe un corp ca luna noastră, unde nu există atmosferă, acest proces nu s-ar produce, iar obiectul ar continua să accelereze din cauza gravitației până când va atinge solul.

Transferuri de energie pe un obiect în cădere

O modalitate alternativă de a gândi ce se întâmplă când un obiect cade spre Pământ este în termeni de energie. Înainte să cadă - dacă presupunem că este staționar - obiectul posedă energie sub formă de potențial gravitațional. Aceasta înseamnă că are potențialul de a crește multă viteză datorită poziției sale față de suprafața Pământului. Dacă este staționar, energia sa cinetică este zero. Când obiectul este eliberat, energia potențială gravitațională este transformată treptat în energie cinetică pe măsură ce crește viteza. În absența rezistenței aerului, care determină pierderea unei anumite energii, energia cinetică chiar înainte de obiectul lovește solul ar fi același cu energia potențială gravitațională pe care a avut-o la maxim punct.

Ce se întâmplă când un obiect lovește solul?

Când obiectul lovește solul, energia cinetică trebuie să meargă undeva, deoarece energia nu este creată sau distrusă, ci doar transferată. Dacă coliziunea este elastică, adică obiectul poate sări, o mare parte din energie o face să sară din nou. În toate coliziunile reale, energia se pierde atunci când lovește pământul, unele dintre ele creând un sunet, iar altele se deformează sau chiar distrug obiectul. Dacă coliziunea este complet inelastică, obiectul este zdrobit sau sfărâmat și toată energia merge în crearea sunetului și a efectului asupra obiectului în sine.

Teachs.ru
  • Acțiune
instagram viewer