Cuando un objeto cae hacia la Tierra, suceden muchas cosas diferentes, que van desde las transferencias de energía hasta la resistencia del aire y el aumento de la velocidad y el impulso. la comprensión de todos los factores en juego lo prepara para comprender una variedad de problemas en la física clásica, el significado de términos tales como el impulso y la naturaleza de la conservación de la energía. la versión corta es que cuando un objeto cae hacia la Tierra, gana velocidad y velocidad, y su energía cinética aumenta a medida que su energía potencial gravitatoria cae, pero esta explicación omite muchos detalles importantes.
Velocidad, aceleración, fuerza y momento.
La gravedad hace que los objetos caigan hacia la tierra. En toda la superficie del planeta, la gravedad provoca una aceleración constante de 9.8 m / s 2 , comúnmente dado el símbolo g . esto varía ligeramente dependiendo de dónde se encuentre (aproximadamente 9.78 m / s 2 en el ecuador y 9.83 m / s 2 en los polos), pero se mantiene prácticamente igual en toda la superficie. esta aceleración hace que el objeto aumente su velocidad en 9.8 metros por segundo cada segundo que cae bajo la gravedad.
el impulso ( p ) está estrechamente relacionado con la velocidad ( v ) a través de la ecuación p = mv , por lo que el objeto gana impulso a lo largo de su caída. la masa del objeto no afecta la rapidez con la que cae bajo la gravedad, pero los objetos masivos tienen más impulso a la misma velocidad debido a esta relación.
la fuerza ( f ) que actúa sobre el objeto se demuestra en la segunda ley de newton, que establece f = ma , por lo que la fuerza = masa x aceleración. en este caso, la aceleración se debe a la gravedad, por lo que a = g, lo que significa que f = mg , la ecuación para el peso.
Resistencia del aire y velocidad terminal.
La atmósfera de la tierra juega un papel en el proceso. el aire frena la caída del objeto debido a la resistencia del aire (esencialmente la fuerza de todas las moléculas de aire que lo golpean cuando cae), y esta fuerza aumenta cuanto más rápido cae el objeto. esto continúa hasta que alcanza un punto llamado velocidad terminal, donde la fuerza descendente debida al peso del objeto coincide exactamente con la fuerza ascendente debida a la resistencia del aire. cuando esto sucede, el objeto ya no puede acelerar y continúa cayendo a esa velocidad hasta que toca el suelo.
en un cuerpo como nuestra luna, donde no hay atmósfera, este proceso no ocurrirá y el objeto continuará acelerando debido a la gravedad hasta que toque el suelo.
Transferencias de energía sobre un objeto que cae.
Una forma alternativa de pensar en lo que sucede cuando un objeto cae hacia la tierra es en términos de energía. antes de que caiga, si asumimos que es estacionario, el objeto posee energía en forma de potencial gravitatorio. esto significa que tiene el potencial de ganar mucha velocidad debido a su posición con respecto a la superficie de la tierra. si es estacionario, su energía cinética es cero. cuando se libera el objeto, la energía potencial gravitatoria se convierte gradualmente en energía cinética a medida que aumenta la velocidad. en ausencia de resistencia del aire, lo que hace que se pierda algo de energía, la energía cinética justo antes de que el objeto golpee el suelo sería la misma que la energía potencial gravitatoria que tenía en su punto más alto.
¿Qué pasa cuando un objeto toca el suelo?
cuando el objeto toca el suelo, la energía cinética tiene que ir a alguna parte, porque la energía no se crea ni se destruye, solo se transfiere. Si la colisión es elástica, lo que significa que el objeto puede rebotar, gran parte de la energía se destina a hacer que rebote nuevamente. en todas las colisiones reales, la energía se pierde cuando toca el suelo, parte de ella se crea un sonido y otra parte se deforma o incluso se rompe el objeto. Si la colisión es completamente inelástica, el objeto se aplasta o se aplasta, y toda la energía se dedica a crear el sonido y el efecto en el objeto en sí.