Hvad sker der, når et objekt falder mod Jorden?

Når et objekt falder mod Jorden, sker der en masse forskellige ting, der spænder fra energioverførsler til luftmodstand til stigende hastighed og fart. At forstå alle de faktorer, der er spillet, forbereder dig til at forstå en række problemer i klassisk fysik, betydningen af udtryk som momentum og arten af energibesparelse. Den korte version er, at når et objekt falder mod Jorden, får det fart og fart, og dens kinetiske energi stiger, når dens tyngdekraftpotentiale falder, men denne forklaring springer over mange vigtige detaljer.

TL; DR (for lang) ; Læste ikke)

Når et objekt falder mod Jorden, accelererer det på grund af tyngdekraften, og vinder hastighed og fart, indtil luftens modstandskraft opad præcist afbalancerer den nedadgående kraft på grund af objektets vægt under tyngdekraft - et punkt kaldet terminalhastighed.

Den tyngdepotentialenergi, et objekt har i starten af et fald, omdannes til kinetisk energi, når den falder, og denne kinetiske energi går til at producere lyd, hvilket forårsager objektet at hoppe og deformere eller bryde genstanden, når den rammer jorden.
Hastighed, acceleration, kraft og momentum

Tyngdekraft får objekter til at falde ned mod Jorden. Over hele planetens overflade forårsager tyngdekraften en konstant acceleration på 9,8 m /s ^{2, almindeligvis givet symbolet g
. Dette varierer nogensinde lidt afhængigt af hvor du er (det er ca. 9,78 m /s 2 ved ækvator og 9,83 m /s 2 ved polerne), men det forbliver stort set det samme på tværs af overfladen. Denne acceleration får objektet til at stige i hastighed med 9,8 meter per sekund hvert sekund, det falder under tyngdekraften.}

Momentum ( p
) er tæt knyttet til hastighed ( v
) gennem ligningen p
\u003d mv
, så objektet får fart gennem hele sit fald. Objektets masse påvirker ikke, hvor hurtigt det falder under tyngdekraften, men massive objekter har mere fart på samme hastighed på grund af dette forhold.

Kraften ( F
), der virker på objektet demonstreres i Newtons anden lov, der siger F
\u003d ma
, så styrken \u003d masse × acceleration. I dette tilfælde skyldes accelerationen på grund af tyngdekraften, så a
\u003d g,
hvilket betyder at F
\u003d mg
, ligningen for vægt.
Luftmodstand og terminalhastighed

Jordens atmosfære spiller en rolle i processen. Luften bremser objektets fald på grund af luftmotstand (i det væsentlige kraften i alle luftmolekyler, der rammer det, når det falder), og denne kraft øges jo hurtigere objektet falder. Dette fortsætter, indtil det når et punkt kaldet terminalhastighed, hvor den nedadgående kraft på grund af objektets vægt nøjagtigt matcher den opadgående kraft på grund af luftmodstand. Når dette sker, kan objektet ikke accelerere længere og fortsætter med at falde med den hastighed, indtil det rammer jorden.

På et legeme som vores måne, hvor der ikke er nogen atmosfære, ville denne proces ikke forekomme, og objektet ville fortsætte med at accelerere på grund af tyngdekraften, indtil det rammer jorden.
Energioverførsler på et faldende objekt

En alternativ måde at tænke på, hvad der sker, når et objekt falder mod Jorden, er med hensyn til energi . Før det falder - hvis vi antager det er stationært - besidder objektet energi i form af tyngdekraftpotentiale. Dette betyder, at det har potentialet til at samle meget hastighed på grund af sin position i forhold til jordoverfladen. Hvis den er stationær, er dens kinetiske energi nul. Når objektet frigøres, konverteres den tyngdepotentiale energi gradvist til kinetisk energi, når den samler fart. I fravær af luftmodstand, der får nogle energi til at gå tabt, ville den kinetiske energi lige inden objektet rammer jorden være den samme som den tyngdepotentiale energi, den havde på sit højeste punkt.
Hvad sker der, når et objekt rammer jorden?

Når objektet rammer jorden, skal den kinetiske energi gå et sted, fordi energi ikke skabes eller ødelægges, kun overføres. Hvis kollisionen er elastisk, hvilket betyder, at genstanden kan hoppe, går meget af energien i at få det til at hoppe op igen. I alle virkelige kollisioner går energi tabt, når den rammer jorden, hvoraf den del skaber en lyd og nogle går i deformering eller endda bryder genstanden fra hinanden. Hvis kollisionen er helt uelastisk, klemmes eller knuses objektet, og al energien går i at skabe lyden og effekten på selve objektet.