Quand un objet tombe vers la Terre, il se passe beaucoup de choses différentes, allant des transferts d'énergie à la résistance de l'air en passant par la vitesse et l'élan. Comprendre tous les facteurs en jeu vous prépare à comprendre une gamme de problèmes en physique classique, la signification de termes tels que l'impulsion, et la nature de la conservation de l'énergie. La version courte est que lorsqu'un objet tombe vers la Terre, il gagne de la vitesse et de l'élan, et son énergie cinétique augmente au fur et à mesure que son énergie gravitationnelle baisse, mais cette explication saute de nombreux détails importants.

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Quand un objet tombe vers la Terre, il accélère en raison de la force de gravité, gagnant de la vitesse et de l'élan jusqu'à ce que la force ascensionnelle équilibre exactement la force descendante due au poids de l'objet. Gravité - un point appelé vitesse terminale.

L'énergie potentielle gravitationnelle qu'un objet a au début d'une chute est convertie en énergie cinétique au fur et à mesure qu'elle tombe, et cette énergie cinétique va dans la production de son, provoquant l'objet pour rebondir, et déformer ou casser l'objet quand il heurte le sol.

Vitesse, Accélération, Force et Momentum

La gravité fait tomber les objets vers la Terre. Sur toute la surface de la planète, la gravité provoque une accélération constante de 9,8 m /s ^{2, communément appelée symbole g
. Cela varie très légèrement selon l'endroit où vous êtes (environ 9,78 m /s 2 à l'équateur et 9,83 m /s 2 aux pôles), mais il reste globalement le même à la surface. Cette accélération fait augmenter la vitesse de l'objet de 9,8 mètres par seconde chaque fois qu'elle tombe sous la gravité.}

Momentum ( p
) est étroitement lié à la vitesse ( v
) par l'équation p
= mv
, donc l'objet prend de la vitesse tout au long de sa chute. La masse de l'objet n'affecte pas la rapidité avec laquelle il tombe sous la gravité, mais les objets massifs ont plus d'impulsion à la même vitesse à cause de cette relation.

La force ( F
) agissant sur l'objet est démontré dans la deuxième loi de Newton, qui indique F
= ma
, donc la force = masse × accélération. Dans ce cas, l'accélération est due à la gravité, donc a
= g, ce qui signifie que F
= mg
, l'équation pour poids.

Résistance à l'air et vitesse terminale

L'atmosphère de la Terre joue un rôle dans le processus. L'air ralentit la chute de l'objet en raison de la résistance de l'air (essentiellement la force de toutes les molécules d'air qui le frappent), et cette force augmente d'autant plus vite que l'objet tombe. Cela continue jusqu'à ce qu'il atteigne un point appelé vitesse terminale, où la force descendante due au poids de l'objet correspond exactement à la force ascendante due à la résistance de l'air. Quand cela arrive, l'objet ne peut plus accélérer et continue à tomber à cette vitesse jusqu'à ce qu'il touche le sol.

Sur un corps comme notre lune, où il n'y a pas d'atmosphère, ce processus ne se produirait pas, et l'objet continuerait à accélérer à cause de la gravité jusqu'à ce qu'il touche le sol.

Transferts d'énergie sur un objet tombant

Une autre façon de penser à ce qui se passe quand un objet tombe vers la Terre est termes d'énergie. Avant qu'il ne tombe - si nous supposons qu'il est stationnaire - l'objet possède de l'énergie sous la forme d'un potentiel gravitationnel. Cela signifie qu'il a le potentiel de prendre beaucoup de vitesse en raison de sa position par rapport à la surface de la Terre. Si elle est stationnaire, son énergie cinétique est nulle. Lorsque l'objet est libéré, l'énergie potentielle gravitationnelle est progressivement convertie en énergie cinétique à mesure qu'elle prend de la vitesse. En l'absence de résistance à l'air, qui fait perdre de l'énergie, l'énergie cinétique juste avant que l'objet heurte le sol serait la même que l'énergie potentielle gravitationnelle qu'elle avait à son point le plus haut.

Que se passe-t-il? Un objet heurte le sol?

Quand l'objet heurte le sol, l'énergie cinétique doit aller quelque part, parce que l'énergie n'est pas créée ou détruite, seulement transférée. Si la collision est élastique, c'est-à-dire que l'objet peut rebondir, une grande partie de l'énergie est utilisée pour le faire rebondir à nouveau. Dans toutes les collisions réelles, l'énergie est perdue quand elle touche le sol, une partie allant dans la création d'un son et d'autres dans la déformation ou même la rupture de l'objet. Si la collision est complètement inélastique, l'objet est écrasé ou brisé, et toute l'énergie est utilisée pour créer le son et l'effet sur l'objet lui-même.