Wanneer een object in de richting van de aarde valt, gebeuren er veel verschillende dingen, variërend van energieoverdracht tot luchtweerstand tot stijgende snelheid en momentum. Het begrijpen van alle factoren die spelen, bereidt je voor op het begrijpen van een reeks problemen in de klassieke fysica, de betekenis van termen zoals momentum en de aard van het behoud van energie. De korte versie is dat wanneer een object in de richting van de aarde valt, het snelheid en momentum krijgt en zijn kinetische energie toeneemt naarmate zijn potentiële zwaartekrachtenergie daalt, maar deze uitleg slaat veel belangrijke details over.

TL; DR (te lang) ; Heeft niet gelezen)

Wanneer een object in de richting van de aarde valt, versnelt het door de zwaartekracht en wint het aan snelheid en momentum totdat de opwaartse kracht van luchtweerstand de neerwaartse kracht precies in evenwicht houdt vanwege het gewicht van het object onder zwaartekracht - een punt dat terminale snelheid wordt genoemd.

De zwaartekrachtpotentiële energie die een object aan het begin van een val heeft, wordt tijdens het vallen omgezet in kinetische energie en deze kinetische energie gaat naar het produceren van geluid, waardoor het object wordt veroorzaakt om te stuiteren en het object te vervormen of te breken terwijl het de grond raakt.
Snelheid, versnelling, kracht en momentum

Door zwaartekracht vallen voorwerpen naar de aarde. Over het hele oppervlak van de planeet veroorzaakt de zwaartekracht een constante versnelling van 9,8 m /s ^{2, meestal het symbool g
. Dit varieert enigszins, afhankelijk van waar je bent (het is ongeveer 9,78 m /s 2 aan de evenaar en 9,83 m /s 2 aan de polen), maar het blijft over het algemeen hetzelfde. Deze versnelling zorgt ervoor dat het object met een snelheid van 9,8 meter per seconde toeneemt elke seconde dat het onder zwaartekracht valt.}

Momentum ( p
) is nauw verbonden met snelheid ( v
) door de vergelijking p
\u003d mv
, zodat het object aan kracht wint tijdens zijn val. De massa van het object heeft geen invloed op hoe snel het onder de zwaartekracht valt, maar massieve objecten hebben meer vaart met dezelfde snelheid vanwege deze relatie.

De kracht ( F
) die inwerkt op het object wordt gedemonstreerd in de tweede wet van Newton, waarin staat F
\u003d ma
, dus de kracht \u003d massa × versnelling. In dit geval is de versnelling te wijten aan de zwaartekracht, dus a
\u003d g,
wat betekent dat F
\u003d mg
, de vergelijking voor gewicht.
Luchtweerstand en eindsnelheid

De atmosfeer van de aarde speelt een rol in het proces. De lucht vertraagt de val van het object vanwege luchtweerstand (in wezen de kracht van alle luchtmoleculen die het raken terwijl het valt), en deze kracht neemt toe naarmate het object sneller valt. Dit gaat door totdat het een punt bereikt dat eindsnelheid wordt genoemd, waar de neerwaartse kracht vanwege het gewicht van het object exact overeenkomt met de opwaartse kracht vanwege de luchtweerstand. Wanneer dit gebeurt, kan het object niet meer versnellen en blijft het met die snelheid vallen totdat het de grond raakt.

Op een lichaam als onze maan, waar geen atmosfeer is, zou dit proces niet plaatsvinden, en het object zou door de zwaartekracht blijven versnellen totdat het de grond raakt.
Energieoverdracht op een vallend object

Een alternatieve manier om na te denken over wat er gebeurt als een object in de richting van de aarde valt, is in termen van energie . Voordat het valt - als we aannemen dat het stationair is - bezit het object energie in de vorm van zwaartekrachtpotentieel. Dit betekent dat het een potentieel heeft om veel snelheid op te nemen vanwege zijn positie ten opzichte van het aardoppervlak. Als het stationair is, is zijn kinetische energie nul. Wanneer het object wordt vrijgegeven, wordt de potentiële zwaartekracht geleidelijk omgezet in kinetische energie wanneer deze snelheid opneemt. Bij afwezigheid van luchtweerstand, waardoor wat energie verloren gaat, zou de kinetische energie net voordat het object de grond raakt dezelfde zijn als de potentiële zwaartekrachtenergie die het op het hoogste punt had.
Wat gebeurt er als een object raakt de grond?

Wanneer het object de grond raakt, moet de kinetische energie ergens naartoe gaan, omdat energie niet wordt gecreëerd of vernietigd, maar alleen wordt overgedragen. Als de botsing elastisch is, wat betekent dat het object kan stuiteren, gaat veel van de energie in het weer stuiteren. Bij alle echte botsingen gaat energie verloren wanneer het de grond raakt, een deel ervan gaat een geluid creëren en een deel vervormt het object of breekt het zelfs uit elkaar. Als de botsing volledig niet-elastisch is, wordt het object geplet of verpletterd en gaat alle energie in het creëren van het geluid en het effect op het object zelf.