Vad händer när ett föremål faller mot jorden?

När ett föremål faller mot jorden händer många olika saker, allt från energiöverföringar till luftmotstånd till stigande hastighet och fart. Att förstå alla faktorer som spelas förbereder dig för att förstå en rad problem inom klassisk fysik, betydelsen av termer som momentum och naturen för energibesparing. Den korta versionen är att när ett objekt faller mot jorden, får det fart och fart och dess kinetiska energi ökar när dess gravitationella potentiella energi faller, men denna förklaring hoppar över många viktiga detaljer.

TL; DR (för lång; Läste inte)

När ett föremål faller mot jorden accelererar det på grund av tyngdkraften och får fart och fart tills den uppåtgående kraften av luftmotstånd balanserar exakt den nedåtgående kraften på grund av föremålets vikt under tyngdkraften - en punkt som kallas terminal hastighet.

Den gravitationspotentialenergi som ett objekt har i början av ett fall omvandlas till kinetisk energi när det faller, och detta kinetisk energi går till att producera ljud, vilket får objektet att studsa och deformera eller bryta föremålet när det träffar jord.

Gravitation orsakar föremål att falla mot jorden. Över hela jordytan orsakar tyngdkraften en konstant acceleration på 9,8 m / s², ofta ges symboleng. Detta varierar så lite beroende på var du är (det är cirka 9,78 m / s² vid ekvatorn och 9,83 m / s² vid polerna), men den förblir i stort sett densamma över ytan. Denna acceleration får objektet att öka i hastighet med 9,8 meter per sekund varje sekund det faller under tyngdkraften.

Momentum (sid) är nära kopplad till hastighet (v) genom ekvationen:

så objektet får fart under hela sitt fall. Massan av objektet påverkar inte hur snabbt det faller under tyngdkraften, men massiva föremål har mer fart i samma hastighet på grund av detta förhållande.

Kraften (F) som agerar på föremålet demonstreras i Newtons andra lag, som säger:

I det här fallet beror accelerationen på tyngdkraften, såa​ = ​g,vilket betyder att:

vilket är ekvationen för vikt.

Jordens atmosfär spelar en roll i processen. Luften saktar objektets fall på grund av luftmotstånd (i huvudsak kraften från alla luftmolekyler som träffar det när det faller), och denna kraft ökar ju snabbare objektet faller. Detta fortsätter tills det når en punkt som kallas terminalhastighet, där den nedåtgående kraften på grund av objektets vikt exakt matchar den uppåtgående kraften på grund av luftmotstånd. När detta händer kan objektet inte accelerera längre och fortsätter att falla i den hastigheten tills det träffar marken.

På en kropp som vår måne, där det inte finns någon atmosfär, skulle denna process inte inträffa och objektet skulle fortsätta att accelerera på grund av tyngdkraften tills det träffade marken.

Ett alternativt sätt att tänka på vad som händer när ett objekt faller mot jorden är i termer av energi. Innan det faller - om vi antar att det är stillastående - har objektet energi i form av gravitationspotential. Det betyder att det har potential att ta upp mycket fart på grund av dess läge i förhållande till jordens yta. Om den är stationär är dess kinetiska energi noll. När objektet släpps omvandlas gravitationspotentialen gradvis till kinetisk energi när det tar fart. I avsaknad av luftmotstånd, vilket gör att en viss energi går förlorad, kan den kinetiska energin strax före objekt träffar marken skulle vara detsamma som den gravitationspotentialenergi som den hade som högst punkt.

När objektet träffar marken måste den kinetiska energin gå någonstans, eftersom energi inte skapas eller förstörs, utan bara överförs. Om kollisionen är elastisk, vilket betyder att objektet kan studsa, går mycket av energin i att få det att studsa upp igen. I alla verkliga kollisioner går energi förlorad när den träffar marken, en del av den går till att skapa ett ljud och andra går till att deformera eller till och med bryta föremålet isär. Om kollisionen är helt oelastisk krossas eller krossas objektet och all energi går till att skapa ljudet och effekten på själva objektet.