Keď objekt spadne na Zem, stane sa veľa rôznych vecí, od prenosu energie cez odpor vzduchu až po zvýšenie rýchlosti a hybnosti. Pochopenie všetkých faktorov, ktoré hráte, vás pripraví na pochopenie celej škály problémov v klasickej fyzike, významu pojmov ako hybnosť a povahy úspory energie. Krátka verzia je, že keď objekt padne k Zemi, získa rýchlosť a dynamiku a svoju kinetiku energia sa zvyšuje, keď klesá jej gravitačný potenciál, ale toto vysvetlenie preskočí mnohé dôležité podrobnosti.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Keď objekt padne k Zemi, zrýchľuje vďaka gravitačnej sile, získava rýchlosť a dynamiku, až kým sila hore odpor vzduchu presne vyvažuje silu smerom dole v dôsledku gravitačnej hmotnosti objektu - bod označovaný ako terminál rýchlosť.
Gravitačná potenciálna energia, ktorú má objekt na začiatku pádu, sa pri páde premieňa na kinetickú energiu, a to kinetická energia ide do produkcie zvuku, čo spôsobí, že sa objekt odrazí, a pri náraze na objekt sa deformuje alebo rozbije zem.
Rýchlosť, zrýchlenie, sila a hybnosť
Gravitácia spôsobuje padanie predmetov smerom k Zemi. Gravitácia spôsobuje na celom povrchu planéty neustále zrýchlenie 9,8 m / s2, bežne označovaný symbolomg. To sa vždy mierne líši v závislosti od toho, kde sa nachádzate (je to asi 9,78 m / s2 na rovníku a 9,83 m / s2 na póloch), ale zostáva zhruba rovnaký na celej ploche. Toto zrýchlenie spôsobuje, že objekt stúpa rýchlosťou o 9,8 metra za sekundu každú sekundu, keď padne pod gravitáciu.
Spád (p) úzko súvisí s rýchlosťou (v) pomocou rovnice:
p = mv
takže objekt počas svojho pádu získava na sile. Hmotnosť objektu nemá vplyv na to, ako rýchlo spadne pod gravitáciu, ale masívne objekty majú vďaka tejto súvislosti väčšiu hybnosť pri rovnakej rýchlosti.
Sila (F) pôsobenie na predmet demonštruje druhý Newtonov zákon, ktorý uvádza:
F = ma
V tomto prípade je zrýchlenie spôsobené gravitáciou, takžea = g,čo znamená, že:
čo je rovnica pre váhu.
Odpor vzduchu a rýchlosť terminálu
Pri tomto procese zohráva úlohu zemská atmosféra. Vzduch spomaľuje pád objektu z dôvodu odporu vzduchu (v podstate sila všetkých molekúl vzduchu, ktoré na neho dopadajú pri jeho páde), a táto sila sa zvyšuje tým rýchlejšie, čím objekt klesá. Takto to pokračuje, kým sa nedosiahne bod zvaný konečná rýchlosť, kde sa sila smerom dole v dôsledku hmotnosti objektu presne zhoduje s silou nahor v dôsledku odporu vzduchu. Keď sa to stane, objekt už nemôže zrýchľovať a naďalej klesá takouto rýchlosťou, kým nenarazí na zem.
Na tele ako náš mesiac, kde nie je atmosféra, by tento proces nenastal a objekt by sa naďalej gravitačne zrýchľoval, kým by nenarazil na zem.
Prenosy energie na padajúcom objekte
Alternatívny spôsob premýšľania o tom, čo sa stane, keď objekt padne na Zem, je energetický. Predtým, ako spadne - ak predpokladáme, že je nehybný - objekt vlastní energiu vo forme gravitačného potenciálu. To znamená, že má potenciál naštartovať veľkú rýchlosť vďaka svojej polohe vzhľadom na povrch Zeme. Ak je nehybný, jeho kinetická energia je nulová. Po uvoľnení objektu sa gravitačná potenciálna energia postupne mení na kinetickú energiu, keď naberá rýchlosť. Ak nie je k dispozícii odpor vzduchu, ktorý spôsobuje stratu časti energie, kinetická energia tesne pred objekt zasiahne zem bude rovnaká ako gravitačná potenciálna energia, ktorú mal na svojej najvyššej úrovni bod.
Čo sa stane, keď predmet zasiahne zem?
Keď predmet dopadne na zem, kinetická energia musí niekam ísť, pretože energia sa nevytvára alebo nezničí, iba sa prenáša. Ak je zrážka elastická, čo znamená, že sa objekt môže odraziť, veľká časť energie ide do toho, aby sa odrazil znova. Pri všetkých skutočných kolíziách sa energia stratí pri dopade na zem. Časť z nich vytvára zvuk a iná deformuje alebo dokonca rozdeľuje predmet. Ak je zrážka úplne nepružná, objekt je stlačený alebo rozbitý a všetka energia ide do vytvorenia zvuku a účinku na samotný objekt.