När ett objekt faller mot jorden, händer många olika saker, allt från energiöverföringar till luftmotstånd mot stigande fart och fart. Att förstå alla faktorer som spelar förbereder dig för att förstå en rad problem i klassisk fysik, innebörden av termer som momentum och naturens bevarande av energi. Den korta versionen är att när ett objekt faller mot jorden, blir det snabbare och kraftfullt, och dess kinetiska energi ökar när dess gravitationspotential energi faller, men denna förklaring hoppar över många viktiga detaljer.

TL; DR (för länge , Läste inte)

När ett objekt faller mot jorden accelererar det på grund av tyngdkraften, får fart och momentum tills luftmotståndets uppåtriktad balans balanserar den nedåtriktade kraften på grund av objektets vikt under gravitation - en punkt som kallas terminalhastighet.

Gravitationspotentialenergin som ett föremål har vid början av ett fall omvandlas till kinetisk energi när den faller och den här kinetiska energin går in i att producera ljud, vilket gör att objektet att studsa och deformera eller bryta objektet när det träffar marken.

Hastighet, acceleration, kraft och moment

Gravity gör att objekten faller mot jorden. Över hela planetens yta orsakar tyngdkraften en konstant acceleration på 9,8 m /s ^{2, vanligtvis med symbolen g
. Det varierar alltjämt så lite beroende på var du befinner dig (det är ungefär 9,78 m /s 2 vid ekvatorn och 9,83 m /s 2 vid polerna), men den är stort sett densamma över ytan. Denna acceleration medför att objektet ökar i hastighet med 9,8 meter per sekund varje sekund det faller under tyngdkraften.}

Momentum ( p
) är nära kopplad till hastighet ( v
) genom ekvationen p
= mv
, så objektet får fart under hela sin nedgång. Objektets massa påverkar inte hur snabbt det faller under tyngdkraften, men massiva föremål har mer fart i samma hastighet på grund av detta förhållande.

Kraften ( F
) verkar på Objektet visas i Newtons andra lag, som anger F
= ma
, så kraften = massa × accelerationen. I detta fall är accelerationen beroende av gravitation, så a
= g,
vilket betyder att F
= mg
, ekvationen för vikt.

Luftmotstånd och terminalhastighet

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

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

Energitransfer på ett fallande objekt

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 stationärt - har objektet energi i form av gravitationspotential. Det betyder att den har potential att hämta mycket fart på grund av sin position i förhållande till jordens yta. Om det är stillastående är dess kinetiska energi noll. När objektet släpps, omvandlas gravitationspotentialenergin gradvis till kinetisk energi då den plockar upp fart. I avsaknad av luftmotstånd, vilket medför att någon energi går förlorad, kommer den kinetiska energin strax innan objektet träffar marken att vara densamma som den gravitationspotential som den hade vid sin högsta punkt.

Vad händer när ett objekt träffar marken?

När objektet träffar marken måste den kinetiska energin gå någonstans, eftersom energi inte skapas eller förstörs, överförs bara. Om kollisionen är elastisk, vilket innebär att objektet kan studsa, går mycket av energin i att göra det studsa upp igen. I alla verkliga kollisioner förloras energi när den träffar marken, en del av det går in i att skapa ett ljud och en del går att deformera eller till och med bryta objektet ifrån varandra. Om kollisionen är helt oelastisk, är föremålet squashed eller krossat, och all energi går in i att skapa ljudet och effekten på själva objektet.