KINETISCHE ENERGIE VON ASTEROIDENEINSCHLÄGEN AUF DER ERDE
Kinetische Energie (Aus den Wissenschaften, 6. Aufl., von Trefil und Hazen)
Stellen Sie sich eine Kanonenkugel vor, die durch die Luft fliegt. Wenn es ein hölzernes Ziel trifft, übt der Ball eine Kraft auf die Fasern im Holz aus, zersplittert und drückt sie auseinander und erzeugt ein Loch. Es muss gearbeitet werden, um dieses Loch zu machen; Fasern müssen beiseite bewegt werden, was bedeutet, dass eine Kraft über die Entfernung ausgeübt werden muss, die sie sich bewegen. Wenn die Kanonenkugel auf das Holz trifft, funktioniert sie, und so hat eine Kanonenkugel im Flug eindeutig die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten — das heißt, sie hat Energie — aufgrund ihrer Bewegung. Diese Bewegungsenergie nennen wir kinetische Energie.
In der Natur gibt es unzählige Beispiele für kinetische Energie. Ein Wal, der sich durch Wasser bewegt, ein fliegender Vogel und ein Raubtier, das seine Beute fängt, haben alle kinetische Energie. So auch ein rasendes Auto, ein fliegender Frisbee, ein fallendes Blatt und alles andere, was sich bewegt.
Unsere Intuition sagt uns, dass zwei Faktoren die Menge an kinetischer Energie bestimmen, die in einem sich bewegenden Objekt enthalten ist. Erstens haben schwerere Objekte, die sich bewegen, mehr kinetische Energie als leichtere: Eine Bowlingkugel, die 10 m / s (ein sehr schneller Sprint) bewegt, trägt viel mehr kinetische Energie als ein Golfball, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Tatsächlich ist die kinetische Energie direkt proportional zur Masse: Wenn Sie die Masse verdoppeln, verdoppeln Sie die kinetische Energie. Zweitens, je schneller sich etwas bewegt, desto größer ist die Kraft, die es ausüben kann, und desto größer ist die Energie, die es besitzt. Eine Hochgeschwindigkeitskollision verursacht viel mehr Schaden als ein Kotflügelbieger auf einem Parkplatz. Es stellt sich heraus, dass die kinetische Energie eines Objekts als Quadrat seiner Geschwindigkeit zunimmt. Ein Auto, das 40 mph bewegt, hat viermal so viel kinetische Energie wie ein bewegtes 20 mph, während bei 60 mph ein Auto neunmal so viel kinetische Energie trägt wie bei 20 mph. So kann eine bescheidene Erhöhung der Geschwindigkeit eine große Zunahme der kinetischen Energie verursachen.
Diese Ideen werden in der Gleichung für kinetische Energie kombiniert.
In Worten: Kinetische Energie entspricht der Masse des sich bewegenden Objekts mal dem Quadrat der Geschwindigkeit dieses Objekts (v2).
In Gleichungsform: kinetische Energie (Joule) = 1/2 x Masse (kg) x Geschwindigkeit2 (m / s)
In Symbolen: KE = 1/2 x m x v2
Beispiele: Bowlingkugeln und Baseballs Was ist die kinetische Energie einer 4 kg (etwa 8 lb) Bowlingkugel, die mit 10 m / s (etwa 22 mph) eine Bowlingbahn hinunterrollt? Vergleichen Sie diese Energie mit der eines 250-Gramm-Baseballs (etwa ein halbes Pfund), der 50 m / s (fast 110 mph) fährt. Welches Objekt würde mehr weh tun, wenn es dich treffen würde (dh welches Objekt hat die größere kinetische Energie)?
Argumentation: Wir müssen Zahlen in die Gleichung für kinetische Energie einsetzen.
Lösung: Für die 4 kg schwere Bowlingkugel mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s gilt:
kinetische Energie (Joule) = 1/2 x Masse (kg) x 2
=1/2 x 4 kg x (10 m/s)2 = 1/2 x 4 kg x 100 m2/s2 = 200 kg-m2/s2.
Beachten Sie, dass: 200 kg-m2/s2 = 200 (kg-m/ s2) x m = 200 N x m = 200 Joule
Für den 250-g-Baseball mit 50 m/ s:
kinetische Energie (Joule) = 1/2 x Masse (kg) x 2
Ein Gramm ist ein Tausendstel Kilogramm, also 250 g = 0,25 kg:
kinetische Energie (Joule) = 1/2 x 0,25 kg x 2500 m2/s2 = 312,5 kg-m2/s2 = 312.5 joule
Obwohl die Bowlingkugel viel massiver ist als der Baseball, trägt ein hart getroffener Baseball aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit mehr kinetische Energie als eine typische Bowlingkugel.
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Asteroideneinschläge auf der Erde:
Alles im Sonnensystem dreht sich um die Sonne. Diese Bahnen um die Sonne werden Umlaufbahnen genannt. Eine Umlaufbahn ist ein empfindliches Gleichgewicht zwischen der Vorwärtsbewegung des umlaufenden Körpers und der Anziehungskraft zwischen der Sonne und dem umlaufenden Körper.
Aufgrund der Anziehungskraft zwischen und zwischen allen umlaufenden Körpern im Sonnensystem sind keine zwei Umlaufbahnen gleich. Diese kleinen Unterschiede in der Umlaufbahn beeinflussen große Planeten nicht sehr stark, aber kleine Körper, die die Sonne umkreisen – wie Asteroiden – können stark beeinflusst werden. Asteroiden – im Asteroidengürtel relativ nahe beieinander gepackt – können miteinander kollidieren oder aneinander vorbei grasen, wenn sich ihre Umlaufbahnen im Laufe der Zeit verschieben. Dies kann dazu führen, dass ein Asteroid aus seiner vorherigen Umlaufbahn stößt oder abprallt und in eine andere Umlaufbahn wechselt, die als Erdkreuzung bezeichnet wird. Das folgende Diagramm zeigt eine typische Erdkreuzungsbahn für einen Asteroiden. Die Sonne ist in rot, die Erde in grün und der Asteroid in gelb dargestellt. HINWEIS – Dieses Diagramm und die Objektgrößen sind NICHT im richtigen Maßstab.
Außerdem sind in dieser Abbildung Objekte wie Merkur, Venus, Mars und die Asteroiden der Einfachheit halber nicht enthalten. Wie Sie sehen können, wenn die Erde und der Asteroid um die Sonne kreisen, besteht die Möglichkeit, dass sie sich eines Tages zur gleichen Zeit am selben Ort befinden und somit eine energetische Kollision stattfinden kann.
Die typische Geschwindigkeit eines Asteroiden in einer Erdumlaufbahn und in der Nähe der Erde beträgt etwa 20 km/s. Die kinetische Energiegleichung besagt, dass KE = 1/2 m x v2. Die Quadratur der Geschwindigkeit macht eine große Zahl wie 20 km / s viel, viel größer.
Wir werden uns überlegen, was in Alabama im Zeitalter der Dinosaurier (vor etwa 83 Millionen Jahren) geschah, als ein Asteroid mit einem Durchmesser von etwa 380 m das Zentrum von Alabama traf. Dieses Ereignis ereignete sich etwa 20 km nördlich von Montgomery, Alabama, in der Nähe der Stadt Wetumpka. Sie sollten auf diesen Link gehen, um mehr über dieses Ereignis zu lesen, bevor Sie dieses Labor fortsetzen: Klicken Sie hier
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