ENERGIA CINETICA DEGLI IMPATTI DEGLI ASTEROIDI SULLA TERRA
Energia cinetica (Da The Sciences, 6th ed., da Trefil e Hazen)
Pensi ad una palla di cannone che vola attraverso l’aria. Quando colpisce un bersaglio di legno, la palla esercita una forza sulle fibre nel legno, scheggiandole e spingendole a parte e creando un buco. Il lavoro deve essere fatto per fare quel buco; le fibre devono essere spostate da parte, il che significa che una forza deve essere esercitata sulla distanza che si muovono. Quando la palla di cannone colpisce il legno, funziona, e quindi una palla di cannone in volo ha chiaramente la capacità di fare lavoro—cioè ha energia—a causa del suo movimento. Questa energia di movimento è ciò che chiamiamo energia cinetica.
Puoi trovare innumerevoli esempi di energia cinetica in natura. Una balena che si muove attraverso l’acqua, un uccello che vola e un predatore che cattura la sua preda hanno tutti energia cinetica. Quindi fai un’auto in corsa, un Frisbee volante, una foglia che cade e qualsiasi altra cosa che si muove.
La nostra intuizione ci dice che due fattori governano la quantità di energia cinetica contenuta in qualsiasi oggetto in movimento. Innanzitutto, gli oggetti più pesanti che si muovono hanno più energia cinetica di quelli più leggeri: una palla da bowling che viaggia 10 m/s (uno sprint molto veloce) trasporta molta più energia cinetica di una pallina da golf che viaggia alla stessa velocità. Infatti, l’energia cinetica è direttamente proporzionale alla massa: se raddoppi la massa, allora raddoppi l’energia cinetica.
In secondo luogo, più velocemente qualcosa si muove, maggiore è la forza che è in grado di esercitare e maggiore è l’energia che possiede. Una collisione ad alta velocità provoca molti più danni di un parafango in un parcheggio. Si scopre che l’energia cinetica di un oggetto aumenta come il quadrato della sua velocità. Una macchina in movimento 40 mph ha quattro volte tanto energia cinetica come uno in movimento 20 mph, mentre a 60 mph una macchina trasporta nove volte tanto energia cinetica come a 20 mph. Quindi un modesto aumento della velocità può causare un grande aumento dell’energia cinetica.
Queste idee sono combinate nell’equazione per l’energia cinetica.
In parole: l’energia cinetica è uguale alla massa dell’oggetto in movimento per il quadrato della velocità di quell’oggetto (v2).
In forma di equazione: energia cinetica (joule) = 1/2 x massa (kg) x velocità2 (m/s)
In simboli: KE = 1/2 x mx v2
Esempi: Palle da bowling e palle da baseball Qual è l’energia cinetica di una palla da bowling da 4 kg (circa 8 libbre) che rotola lungo una pista da bowling a 10 m/s (circa 22 mph)?
Confronta questa energia con quella di un baseball da 250 grammi (circa mezzo chilo) che viaggia a 50 m/s (quasi 110 mph). Quale oggetto farebbe più male se ti colpisse (cioè, quale oggetto ha la maggiore energia cinetica)?
Ragionamento: Dobbiamo sostituire i numeri nell’equazione per l’energia cinetica.
Soluzione: Per la palla da bowling da 4 kg che viaggia a 10 m/ s:
energia cinetica (joule) = 1/2 x massa (kg) x 2
=1/2 x 4 kg x (10 m/s)2 = 1/2 x 4 kg x 100m2/s2 = 200 kg-m2 / s2.
Nota che: 200 kg m2/s2 = 200 (kg-m/s2) x m = 200 N x m = 200 joule
Per 250 g di baseball che viaggiano a 50 m/s:
l’energia cinetica (joule) = 1/2 x massa (kg) x 2
Un grammo è un millesimo di un chilogrammo, in modo da 250 g = 0,25 kg:
l’energia cinetica (joule) = 1/2 x 0,25 kg x 2500 m2/s2 = 312.5 kg m2/s2 = 312.5 joule
Anche se la palla da bowling è molto più massiccia del baseball, un baseball duro trasporta più energia cinetica di una tipica palla da bowling a causa della sua alta velocità.
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Impatti di asteroidi sulla Terra:
Tutto nel sistema solare gira intorno al Sole. Questi percorsi intorno al Sole sono chiamati orbite. Un’orbita è un delicato equilibrio tra il movimento in avanti del corpo orbitante e l’attrazione gravitazionale tra il Sole e il corpo orbitante.
A causa dell’attrazione gravitazionale tra e tra tutti i corpi orbitanti nel sistema solare, non esistono due orbite uguali. Queste piccole differenze in orbita non influenzano molto i grandi pianeti, ma i piccoli corpi che orbitano attorno al Sole – come gli asteroidi – possono essere fortemente influenzati. Gli asteroidi-imballati relativamente vicini l’uno all’altro nella fascia degli asteroidi – possono scontrarsi l’uno con l’altro o sfiorarsi l’un l’altro mentre le loro orbite si spostano nel tempo. Ciò può comportare un asteroide urtare o rimbalzare fuori della sua orbita precedente e cambiando in un’orbita diversa che si chiama ‘Terra-crossing.”Il diagramma seguente mostra una tipica orbita di attraversamento della Terra per un asteroide. Il Sole è mostrato in rosso, la Terra in verde e l’asteroide in giallo. NOTA – Questo diagramma e le dimensioni dell’oggetto NON sono in scala corretta.
Inoltre, in questa figura, oggetti come Mercurio, Venere, Marte e gli asteroidi non sono inclusi per semplicità.
Come puoi vedere, mentre la Terra e l’asteroide girano intorno al Sole, c’è qualche possibilità che possano trovarsi nello stesso posto alla stessa ora un giorno e quindi potrebbe verificarsi una collisione energetica.
La velocità tipica di un asteroide in un’orbita che attraversa la Terra e nelle vicinanze della Terra è di circa 20 km/sec. L’equazione dell’energia cinetica dice che KE = 1/2 m x v2. La quadratura della velocità rende un numero elevato come 20 km/sec molto, molto più grande.
Prenderemo in considerazione quello che è successo in Alabama durante l’età dei dinosauri (in particolare circa 83 milioni di anni fa) quando un asteroide di circa 380 m di diametro ha colpito l’Alabama centrale. Questo evento si è verificato circa 20 km a nord di Montgomery, Alabama, vicino alla città di Wetumpka. Dovresti andare a questo link per saperne di più su questo evento prima di continuare questo laboratorio: Clicca qui
Quando hai finito di leggere questo articolo on-line sul sito web dell’Encyclopedia of Alabama, sarai pronto per fare l’attività di raccolta dei dati nel tuo libro di laboratorio. Si prega di leggere e studiare l’articolo sopra, perché sarà coperto (insieme al materiale sopra) sul tuo quiz di laboratorio.