Що відбувається, коли об’єкт падає до Землі?

Коли об'єкт падає до Землі, відбувається багато різних речей, починаючи від передачі енергії до опору повітря до зростаючої швидкості та імпульсу. Розуміння всіх чинників, що діють, готує вас до розуміння цілого ряду проблем класичної фізики, значення таких термінів, як імпульс, та природи збереження енергії. Коротка версія полягає в тому, що коли об’єкт падає до Землі, він набирає швидкість і імпульс, і свою кінетику енергія зростає, коли її гравітаційна потенційна енергія падає, але це пояснення пропускає багато важливих деталі.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Коли об'єкт падає до Землі, він прискорюється завдяки силі тяжіння, набираючи швидкість і імпульс, поки сила висхідного Повітряний опір точно врівноважує силу зниження внаслідок ваги об’єкта під дією сили тяжіння - точки, яка називається терміналом швидкість.

Гравітаційна потенціальна енергія, яку має об'єкт на початку падіння, при падінні перетворюється в кінетичну енергію, і це кінетична енергія переходить у виробництво звуку, змушуючи об'єкт відскакувати та деформуючи або розбиваючи об'єкт, потрапляючи в земля.

Сила тяжіння змушує предмети падати до Землі. На всій поверхні планети гравітація викликає постійне прискорення 9,8 м / с², зазвичай дається символg. Це коливається дещо незначно залежно від того, де ви знаходитесь (це приблизно 9,78 м / с² на екваторі та 9,83 м / с² на полюсах), але вона залишається однаковою по всій поверхні. Це прискорення змушує об’єкт збільшувати швидкість на 9,8 метра в секунду щосекунди, потрапляючи під дію сили тяжіння.

Імпульс (стор) тісно пов'язана зі швидкістю (v) через рівняння:

тому об’єкт набирає обертів протягом усього падіння. Маса об’єкта не впливає на те, як швидко він потрапляє під дію сили тяжіння, але масивні об’єкти мають більший імпульс з однаковою швидкістю через це співвідношення.

Сила (F) дія на об'єкт продемонстрована в другому законі Ньютона, який говорить:

У цьому випадку прискорення відбувається за рахунок сили тяжіння, отжеа​ = ​г,що означає, що:

що є рівнянням для ваги.

Атмосфера Землі відіграє певну роль у цьому процесі. Повітря уповільнює падіння об’єкта через опір повітря (по суті, сила всіх молекул повітря, що вдаряються про нього при падінні), і ця сила збільшується, чим швидше об’єкт падає. Це триває до тих пір, поки не досягне точки, яка називається кінцевою швидкістю, коли сила зниження внаслідок ваги об’єкта точно відповідає силі вгору через опір повітря. Коли це трапляється, об’єкт більше не може прискорюватися і продовжує падати з такою швидкістю, поки не впаде на землю.

На тілі, подібному до нашого Місяця, де немає атмосфери, цей процес не відбувся б, і об’єкт продовжував би прискорюватися завдяки силі тяжіння, поки не впав на землю.

Альтернативний спосіб думати про те, що відбувається, коли об’єкт падає до Землі, - це енергетичний показник. Перш ніж впасти - якщо ми припустимо, що він нерухомий - об’єкт володіє енергією у вигляді гравітаційного потенціалу. Це означає, що він може набирати велику швидкість завдяки своєму положенню відносно поверхні Землі. Якщо він нерухомий, його кінетична енергія дорівнює нулю. Коли об'єкт вивільняється, гравітаційна потенційна енергія поступово перетворюється в кінетичну енергію, коли вона набирає швидкість. За відсутності опору повітря, що призводить до втрати деякої енергії, кінетична енергія безпосередньо перед об'єкт, що потрапляє в землю, буде таким самим, як і гравітаційна потенційна енергія, яку він мав найвищим точка.

Коли об’єкт потрапляє на землю, кінетична енергія повинна кудись йти, оскільки енергія не створюється і не руйнується, а лише передається. Якщо зіткнення пружне, тобто предмет може відскакувати, велика частина енергії йде на те, щоб він знову відскочив. При всіх реальних зіткненнях енергія втрачається, потрапляючи на землю, частина з них створює звук, а частина деформується або навіть розбиває предмет. Якщо зіткнення абсолютно нееластичне, об’єкт здавлюється або розбивається, і вся енергія йде на створення звуку та впливу на сам об’єкт.