Bir nesne Dünya'ya doğru düştüğünde, enerji transferlerinden hava direncine, artan hız ve momentuma kadar birçok farklı şey olur. Oyundaki tüm faktörleri anlamak, sizi klasik fizikteki bir dizi problemi, momentum gibi terimlerin anlamını ve enerjinin korunumunun doğasını anlamaya hazırlar. Kısa versiyon, bir nesne Dünya'ya düştüğünde hız ve momentum kazanır ve kinetiktir. yerçekimi potansiyel enerjisi düştükçe enerji artar, ancak bu açıklama birçok önemli noktayı atlar. ayrıntılar.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Bir nesne Dünya'ya doğru düştüğünde, yerçekimi kuvveti nedeniyle hızlanır, yukarı doğru kuvvete kadar hız ve momentum kazanır. hava direnci, nesnenin yerçekimi altındaki ağırlığı nedeniyle aşağı doğru kuvveti tam olarak dengeler - bu nokta terminal olarak adlandırılır hız.
Bir nesnenin düşme başlangıcında sahip olduğu yerçekimi potansiyel enerjisi, düşerken kinetik enerjiye dönüştürülür ve bu Kinetik enerji ses üretmeye, nesnenin sıçramasına neden olur ve nesneye çarptığında nesneyi deforme eder veya kırar. zemin.
Hız, İvme, Kuvvet ve Momentum
Yerçekimi nesnelerin Dünya'ya doğru düşmesine neden olur. Gezegenin tüm yüzeyinde, yerçekimi 9.8 m/s'lik sabit bir ivmeye neden olur.2, genellikle sembolü verileng. Bu, bulunduğunuz yere göre çok az değişiklik gösterir (yaklaşık 9,78 m/s2 ekvatorda ve 9.83 m/s2 kutuplarda), ancak yüzey boyunca genel olarak aynı kalır. Bu ivme, cismin yerçekimi altına düştüğü her saniye hızının saniyede 9,8 metre artmasına neden olur.
İtme (p) hız ile yakından bağlantılıdır (v) denklem aracılığıyla:
p=mv
böylece nesne düşüşü boyunca ivme kazanır. Cismin kütlesi yerçekimi altında ne kadar hızlı düştüğünü etkilemez, ancak bu ilişki nedeniyle büyük nesnelerin aynı hızda daha fazla momentumu vardır.
Kuvvet (F) nesneye etki eden Newton'un ikinci yasasında gösterilir:
F = anne
Bu durumda, ivme yerçekiminden kaynaklanmaktadır, yanibir = g,bu şu anlama gelir:
hangi ağırlık denklemidir.
Hava Direnci ve Terminal Hızı
Dünya'nın atmosferi süreçte bir rol oynar. Hava, hava direnci nedeniyle cismin düşüşünü yavaşlatır (temelde düşerken ona çarpan tüm hava moleküllerinin kuvveti) ve cisim düştükçe bu kuvvet artar. Bu, nesnenin ağırlığından kaynaklanan aşağı yönlü kuvvetin, hava direncinden kaynaklanan yukarı yönlü kuvvetle tam olarak eşleştiği, son hız olarak adlandırılan bir noktaya ulaşana kadar devam eder. Bu olduğunda, nesne daha fazla hızlanamaz ve yere çarpana kadar o hızda düşmeye devam eder.
Ayımız gibi atmosferin olmadığı bir cisimde bu işlem gerçekleşmeyecek ve cisim yere çarpana kadar yerçekimi nedeniyle hızlanmaya devam edecektir.
Düşen Bir Cismin Üzerindeki Enerji Transferleri
Bir nesne Dünya'ya düştüğünde ne olduğunu düşünmenin alternatif bir yolu, enerji cinsindendir. Düşmeden önce - sabit olduğunu varsayarsak - nesne yerçekimi potansiyeli şeklinde enerjiye sahiptir. Bu, Dünya yüzeyine göre konumu nedeniyle çok fazla hız kazanma potansiyeline sahip olduğu anlamına gelir. Durağan ise kinetik enerjisi sıfırdır. Nesne serbest bırakıldığında, yerçekimi potansiyel enerjisi, hız kazanırken kademeli olarak kinetik enerjiye dönüştürülür. Bir miktar enerjinin kaybolmasına neden olan hava direncinin yokluğunda, hemen önceki kinetik enerji nesnenin yere çarpması, en yüksek noktasında sahip olduğu yerçekimi potansiyel enerjisi ile aynı olacaktır. nokta.
Bir Nesne Yere Çarptığında Ne Olur?
Nesne yere çarptığında, kinetik enerji bir yere gitmek zorundadır, çünkü enerji yaratılmaz veya yok edilmez, sadece aktarılır. Çarpışma esnekse, yani nesne zıplayabilirse, enerjinin çoğu onu tekrar zıplatmaya gider. Tüm gerçek çarpışmalarda, yere çarptığında enerji kaybolur, bir kısmı ses çıkarırken, bir kısmı da nesneyi deforme eder ve hatta parçalara ayırır. Çarpışma tamamen esnek değilse, nesne ezilir veya ezilir ve tüm enerji sesi ve nesnenin üzerindeki etkiyi yaratmaya gider.