เกิดอะไรขึ้นเมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลก?

เมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลก มีหลายสิ่งหลายอย่างเกิดขึ้น ตั้งแต่การถ่ายโอนพลังงานไปจนถึงแรงต้านของอากาศ ไปจนถึงความเร็วและโมเมนตัมที่เพิ่มขึ้น การทำความเข้าใจปัจจัยทั้งหมดในการเล่นจะเตรียมคุณให้พร้อมสำหรับการทำความเข้าใจปัญหาต่างๆ ในฟิสิกส์คลาสสิก ความหมายของคำศัพท์ต่างๆ เช่น โมเมนตัม และธรรมชาติของการอนุรักษ์พลังงาน เวอร์ชันสั้นคือเมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลก วัตถุนั้นจะมีความเร็วและโมเมนตัมเพิ่มขึ้น และจลนพลศาสตร์ของมัน พลังงานเพิ่มขึ้นเมื่อพลังงานศักย์โน้มถ่วงลดลง แต่คำอธิบายนี้ข้ามสิ่งสำคัญมากมาย รายละเอียด

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลก มันจะเร่งความเร็วด้วยแรงโน้มถ่วง เพิ่มความเร็วและโมเมนตัมจนแรงขึ้นของ แรงต้านของอากาศจะปรับสมดุลแรงที่ลดลงเนื่องจากน้ำหนักของวัตถุภายใต้แรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นจุดที่เรียกว่าขั้ว ความเร็ว.

พลังงานศักย์โน้มถ่วงที่วัตถุมีในช่วงเริ่มต้นการตกจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ในขณะที่ตก และสิ่งนี้ พลังงานจลน์เข้าสู่การสร้างเสียง ทำให้วัตถุเด้ง และทำให้วัตถุผิดรูปหรือแตกเมื่อกระทบกับ พื้น.

แรงโน้มถ่วงทำให้วัตถุตกสู่พื้นโลก เหนือพื้นผิวโลกทั้งหมด แรงโน้มถ่วงทำให้เกิดความเร่งคงที่ 9.8 m/s

โมเมนตัม (พี) เชื่อมโยงกับความเร็วอย่างใกล้ชิด (วี) ผ่านสมการ:

ดังนั้นวัตถุจึงได้รับโมเมนตัมตลอดการตก มวลของวัตถุไม่ส่งผลต่อความเร็วที่ตกอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วง แต่วัตถุขนาดใหญ่จะมีโมเมนตัมมากกว่าที่ความเร็วเท่ากันเนื่องจากความสัมพันธ์นี้

แรง (F) การกระทำกับวัตถุนั้นแสดงให้เห็นในกฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งระบุว่า:

ในกรณีนี้ ความเร่งเกิดจากแรงโน้มถ่วง ดังนั้น​ = ​กรัมซึ่งหมายความว่า:

ซึ่งเป็นสมการของน้ำหนัก

ชั้นบรรยากาศของโลกมีบทบาทในกระบวนการนี้ อากาศทำให้การตกของวัตถุช้าลงเนื่องจากแรงต้านของอากาศ (โดยพื้นฐานแล้ว แรงของโมเลกุลอากาศทั้งหมดที่กระทบกับวัตถุขณะตกลงมา) และแรงนี้จะเพิ่มความเร็วที่วัตถุตกลงมา สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งถึงจุดที่เรียกว่าความเร็วปลาย ซึ่งแรงที่ลดลงเนื่องจากน้ำหนักของวัตถุนั้นตรงกับแรงขึ้นเนื่องจากแรงต้านของอากาศ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น วัตถุจะไม่สามารถเร่งความเร็วได้อีกต่อไปและตกลงต่อไปด้วยความเร็วนั้นจนกว่าจะตกลงสู่พื้น

ในร่างกายเช่นดวงจันทร์ของเราซึ่งไม่มีชั้นบรรยากาศ กระบวนการนี้จะไม่เกิดขึ้น และวัตถุจะยังคงเร่งความเร็วต่อไปเนื่องจากแรงโน้มถ่วงจนกว่ามันจะตกลงสู่พื้น

อีกวิธีหนึ่งในการคิดเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นโลกคือในแง่ของพลังงาน ก่อนที่มันจะตกลงมา – ถ้าเราคิดว่ามันนิ่ง – วัตถุนั้นมีพลังงานในรูปของศักย์โน้มถ่วง ซึ่งหมายความว่ามีศักยภาพที่จะทำความเร็วได้มากเนื่องจากตำแหน่งที่สัมพันธ์กับพื้นผิวโลก ถ้ามันอยู่กับที่ พลังงานจลน์ของมันจะเป็นศูนย์ เมื่อวัตถุถูกปลดปล่อยออกมา พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะค่อยๆ แปลงเป็นพลังงานจลน์เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ในกรณีที่ไม่มีแรงต้านของอากาศ ซึ่งทำให้สูญเสียพลังงานบางส่วน พลังงานจลน์ก่อน วัตถุที่กระทบพื้นจะเท่ากับพลังงานศักย์โน้มถ่วงที่มันมีสูงสุด จุด.

เมื่อวัตถุตกกระทบพื้น พลังงานจลน์ต้องไปที่ไหนสักแห่ง เพราะพลังงานไม่ได้สร้างหรือถูกทำลาย แต่จะถ่ายโอนเท่านั้น หากการชนกันแบบยืดหยุ่น ซึ่งหมายความว่าวัตถุสามารถกระเด้งได้ พลังงานส่วนใหญ่จะเข้าไปทำให้มันเด้งขึ้นมาอีกครั้ง ในการชนกันจริงทั้งหมด พลังงานจะหายไปเมื่อมันกระทบพื้น บางส่วนจะทำให้เกิดเสียง และบางส่วนจะทำให้เสียรูปหรือกระทั่งทำให้วัตถุแตกเป็นชิ้นๆ หากการชนกันไม่ยืดหยุ่นโดยสมบูรณ์ วัตถุนั้นจะถูกบีบอัดหรือถูกทุบ และพลังงานทั้งหมดจะไปสร้างเสียงและผลกระทบต่อตัววัตถุเอง