Ko predmet pade proti Zemlji, se zgodi veliko različnih stvari, od prenosa energije do zračnega upora do naraščajoče hitrosti in zagona. Razumevanje vseh dejavnikov, ki se igrajo, vas pripravi na razumevanje vrste težav v klasični fiziki, pomena izrazov, kot so zagon, in narave ohranjanja energije. Kratka različica je, da ko objekt pade proti Zemlji, dobi hitrost in zagon ter svojo kinetiko energija narašča, ko njena gravitacijska potencialna energija pade, vendar ta razlaga preskoči veliko pomembnih podrobnosti.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Ko predmet pade proti Zemlji, pospeši zaradi sile gravitacije, pridobiva hitrost in zagon, dokler sila navzgor zračni upor natančno uravnoteži silo navzdol zaradi teže predmeta pod gravitacijo - točka, imenovana terminal hitrost.
Gravitacijska potencialna energija, ki jo ima objekt na začetku padca, se ob padcu pretvori v kinetično energijo in to kinetična energija gre v proizvodnjo zvoka, ki povzroči, da se predmet odbije, in deformira ali zlomi predmet, ko udari v tla.
Hitrost, pospešek, sila in zagon
Gravitacija povzroči, da predmeti padajo proti Zemlji. Na celotni površini planeta gravitacija povzroča stalen pospešek 9,8 m / s2, ki mu je običajno dan simbolg. Ta se nekoliko razlikuje, odvisno od tega, kje ste (približno 9,78 m / s2 na ekvatorju in 9,83 m / s2 na polih), vendar ostane po površini na splošno enak. Ta pospešek povzroči, da objekt vsako sekundo, ko pade pod gravitacijo, poveča hitrost za 9,8 metra na sekundo.
Zagon (str) je tesno povezan s hitrostjo (v) skozi enačbo:
p = mv
tako predmet dobiva zagon ves čas njegovega padca. Masa predmeta ne vpliva na to, kako hitro pade pod gravitacijo, vendar imajo masivni predmeti večji zagon z enako hitrostjo zaradi tega razmerja.
Moč (F) delovanje na predmet je prikazano v Newtonovem drugem zakonu, ki pravi:
F = ma
V tem primeru je pospešek posledica gravitacije, toreja = g,kar pomeni, da:
kar je enačba za težo.
Odpornost na zrak in hitrost terminala
Zemeljsko ozračje ima vlogo pri tem procesu. Zrak upočasni padec predmeta zaradi zračnega upora (v bistvu sila vseh molekul zraka, ki ga ob padcu udarijo), in ta sila narašča, hitreje ko objekt pade. To se nadaljuje, dokler ne doseže točke, imenovane končna hitrost, kjer se sila navzdol zaradi teže predmeta natančno ujema s silo navzgor zaradi zračnega upora. Ko se to zgodi, objekt ne more več pospeševati in še naprej pada s tako hitrostjo, dokler ne trči na tla.
Na telesu, kot je naša luna, kjer ni atmosfere, se ta proces ne bi zgodil, predmet pa bi še naprej pospeševal zaradi gravitacije, dokler ne bi zadel ob tla.
Prenosi energije na padajoči predmet
Alternativni način razmišljanja o tem, kaj se zgodi, ko objekt pade proti Zemlji, je z vidika energije. Preden pade - če domnevamo, da je mirujoč - ima objekt energijo v obliki gravitacijskega potenciala. To pomeni, da lahko zaradi svojega položaja glede na površino Zemlje pospeši veliko hitrosti. Če miruje, je njegova kinetična energija enaka nič. Ko se objekt sprosti, se gravitacijska potencialna energija postopoma pretvori v kinetično energijo, ko poveča hitrost. V odsotnosti zračnega upora, zaradi katerega se nekaj energije izgubi, je kinetična energija tik pred predmet, ki udari v tla, bi bil enak gravitacijski potencialni energiji, ki jo je imel največ točka.
Kaj se zgodi, ko objekt zadene tla?
Ko predmet zadene tla, mora kinetična energija nekam iti, ker energija ni ustvarjena ali uničena, ampak samo prenesena. Če je trk elastičen, kar pomeni, da se lahko predmet odbije, gre velik del energije, da se spet odbije. Pri vseh resničnih trkih se energija izgubi, ko udari o tla, pri čemer del energije ustvari zvok, drugi pa deformirajo ali celo lomijo predmet. Če je trk popolnoma neelastičen, se objekt stisne ali zdrobi in vsa energija gre v ustvarjanje zvoka in učinka na sam objekt.