Quando um objeto cai em direção à Terra, muitas coisas diferentes acontecem, desde transferências de energia, resistência do ar até velocidade e impulso crescentes. Compreender todos os fatores em jogo o prepara para entender uma série de problemas na física clássica, o significado de termos como momento e a natureza da conservação de energia. A versão curta é que, quando um objeto cai em direção à Terra, ele ganha velocidade e momento, e sua energia cinética aumenta à medida que seu potencial gravitacional diminui, mas essa explicação pula muitos detalhes importantes.

TL; DR (Muito Longo ; Não leu)

Quando um objeto cai em direção à Terra, ele acelera devido à força da gravidade, ganhando velocidade e momento até que a força ascendente da resistência do ar equilibra exatamente a força descendente devido ao peso do objeto sob gravidade - um ponto conhecido como velocidade terminal.

A energia potencial gravitacional que um objeto possui no início de uma queda é convertida em energia cinética à medida que cai, e essa energia cinética entra na produção de som, causando o objeto para quicar e deformar ou quebrar o objeto ao atingir o solo.
Velocidade, Aceleração, Força e Momento

A gravidade faz com que os objetos caiam em direção à Terra. Em toda a superfície do planeta, a gravidade causa uma aceleração constante de 9,8 m /s 2, geralmente dado o símbolo g
. Isso varia um pouco, dependendo de onde você está (são cerca de 9,78 m /s 2 no equador e 9,83 m /s 2 nos polos), mas permanece o mesmo em toda a superfície. Essa aceleração faz com que o objeto aumente a velocidade em 9,8 metros por segundo a cada segundo em que é gravitacional.

Momentum ( p
) está intimamente ligado à velocidade ( v
) através da equação p
\u003d mv
, para que o objeto ganhe impulso ao longo de sua queda. A massa do objeto não afeta a rapidez com que cai sob a gravidade, mas objetos maciços têm mais impulso na mesma velocidade por causa dessa relação.

A força ( F
) agindo sobre o objeto é demonstrado na segunda lei de Newton, que afirma F
\u003d ma
, então a força \u003d massa × aceleração. Neste caso, a aceleração é devida à gravidade, então a
\u003d g,
o que significa que F
\u003d mg
, a equação de peso.
Resistência ao ar e velocidade terminal

A atmosfera da Terra desempenha um papel importante no processo. O ar diminui a queda do objeto devido à resistência do ar (essencialmente a força de todas as moléculas de ar que o atingem quando cai), e essa força aumenta quanto mais rápido o objeto cai. Isso continua até atingir um ponto chamado velocidade terminal, onde a força descendente devido ao peso do objeto corresponde exatamente à força ascendente devido à resistência do ar. Quando isso acontece, o objeto não pode mais acelerar e continua a cair nessa velocidade até atingir o chão.

Em um corpo como a nossa lua, onde não há atmosfera, esse processo não ocorre, e o objeto continuaria a acelerar devido à gravidade até atingir o solo.
Transferências de energia em um objeto em queda

Uma maneira alternativa de pensar sobre o que acontece quando um objeto cai em direção à Terra é em termos de energia . Antes que caia - se assumimos que é estacionário - o objeto possui energia na forma de potencial gravitacional. Isso significa que ele tem o potencial de ganhar muita velocidade devido à sua posição em relação à superfície da Terra. Se é estacionário, sua energia cinética é zero. Quando o objeto é liberado, a energia potencial gravitacional é gradualmente convertida em energia cinética à medida que aumenta a velocidade. Na ausência de resistência do ar, que causa perda de energia, a energia cinética imediatamente antes do objeto atingir o solo seria a mesma que a energia potencial gravitacional que possuía em seu ponto mais alto.
O que acontece quando um objeto atinge o chão?

Quando o objeto atinge o chão, a energia cinética precisa ir a algum lugar, porque a energia não é criada ou destruída, apenas transferida. Se a colisão for elástica, o que significa que o objeto pode saltar, grande parte da energia é necessária para fazê-lo saltar novamente. Em todas as colisões reais, a energia é perdida quando atinge o solo, parte da qual cria um som e parte da deformação ou até quebra do objeto. Se a colisão for completamente inelástica, o objeto será esmagado ou esmagado e toda a energia será criada para criar o som e o efeito no próprio objeto.