Когда объект падает на Землю, происходит много разных вещей, начиная от передачи энергии и сопротивления воздуха до увеличения скорости и количества движения. Понимание всех действующих факторов подготовит вас к пониманию ряда проблем классической физики, значения таких терминов, как импульс, и природы сохранения энергии. Краткая версия состоит в том, что когда объект падает на Землю, он набирает скорость и импульс, а его кинетические свойства. энергия увеличивается по мере того, как его гравитационная потенциальная энергия падает, но это объяснение пропускает многие важные подробности.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Когда объект падает на Землю, он ускоряется под действием силы тяжести, набирая скорость и импульс до тех пор, пока восходящая сила сопротивление воздуха точно уравновешивает направленную вниз силу из-за веса объекта под действием силы тяжести - точка, называемая конечной скорость.
Гравитационная потенциальная энергия, которую объект имеет в начале падения, преобразуется в кинетическую энергию при падении, и это кинетическая энергия идет на создание звука, заставляя объект подпрыгивать, и деформируя или ломая объект, когда он ударяется о земля.
Скорость, ускорение, сила и импульс
Гравитация заставляет предметы падать на Землю. На всей поверхности планеты сила тяжести вызывает постоянное ускорение 9,8 м / с.2, обычно обозначается символомграмм. Это немного варьируется в зависимости от того, где вы находитесь (около 9,78 м / с.2 на экваторе и 9,83 м / с2 на полюсах), но в целом остается неизменным по всей поверхности. Это ускорение заставляет объект увеличивать скорость на 9,8 метра в секунду каждую секунду, когда он падает под действием силы тяжести.
Импульс (п) тесно связано со скоростью (v) через уравнение:
p = mv
таким образом, объект набирает обороты во время падения. Масса объекта не влияет на то, как быстро он падает под действием силы тяжести, но массивные объекты имеют больший импульс при той же скорости из-за этой взаимосвязи.
Сила (F) действие на объект демонстрируется во втором законе Ньютона, который гласит:
F = ma
В этом случае ускорение происходит под действием силы тяжести, поэтомуа = грамм,что обозначает:
что является уравнением для веса.
Сопротивление воздуха и конечная скорость
Атмосфера Земли играет роль в этом процессе. Воздух замедляет падение объекта из-за сопротивления воздуха (по сути, силы всех молекул воздуха, ударяющих по нему, когда он падает), и эта сила увеличивается по мере того, как объект падает. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута точка, называемая конечной скоростью, где сила, направленная вниз из-за веса объекта, точно соответствует восходящей силе из-за сопротивления воздуха. Когда это происходит, объект больше не может ускоряться и продолжает падать с этой скоростью, пока не упадет на землю.
На таком теле, как наша луна, где нет атмосферы, этого процесса не могло бы произойти, и объект продолжал бы ускоряться под действием силы тяжести, пока не упал бы на землю.
Передача энергии при падении объекта
Альтернативный способ думать о том, что происходит, когда объект падает на Землю, - это энергия. Перед падением - если предположить, что он неподвижен - объект обладает энергией в виде гравитационного потенциала. Это означает, что он может набрать большую скорость из-за своего положения относительно поверхности Земли. Если он неподвижен, его кинетическая энергия равна нулю. Когда объект отпускается, гравитационная потенциальная энергия постепенно превращается в кинетическую энергию по мере того, как он набирает скорость. В отсутствие сопротивления воздуха, которое приводит к потере некоторой энергии, кинетическая энергия непосредственно перед объект ударяется о землю, будет такой же, как гравитационная потенциальная энергия, которую он имел на самом высоком точка.
Что происходит, когда объект ударяется о землю?
Когда объект ударяется о землю, кинетическая энергия должна куда-то уйти, потому что энергия не создается и не уничтожается, а только передается. Если столкновение является упругим, то есть объект может отскочить, большая часть энергии уходит на то, чтобы заставить его снова отскочить. Во всех реальных столкновениях энергия теряется при ударе о землю, часть ее идет на создание звука, а часть на деформацию или даже на разрушение объекта. Если столкновение совершенно неупругое, объект раздавливается или разбивается, и вся энергия идет на создание звука и воздействие на сам объект.