proč se gumová koule odrazí zpět, zatímco Železná Koule ne?

ať už se bavíte v deštivém odpoledni odrazem míče od zdi nebo sledováním vzrušující hry baseballu, všichni jsme se touto banální sférickou hračkou bavili nesčetnými způsoby. Nejpříjemnější ze všech však může být poskakování gumového míče s velkou silou a sledování jeho careen ve všech směrech. Bohužel, nemůžete mít zdaleka tolik zábavy s plastovou nebo kovovou koulí.

to samozřejmě vyvolává otázku, co dělá gumovou kouli tak zvláštní? Proč jsou gumové koule konečným skákací hračky? Existují dva faktory, které přispívají k bounciness; jeden je pružnost materiálu, ze kterého je míč vyroben a druhý souvisí s interakcí mezi silou, při které se odrazí, a že pružnost.

Co Dělá Gumu Elastickou?

Elasticita označuje připravenost/rychlost, s jakou se materiál po stlačení nebo natažení vrátí do původního tvaru. Guma je vyrobena z dlouhých zamotaných řetězců uhlíku připojených v různých bodech podél své délky k jiným řetězcům uhlíku. Jako takový má kaučuk velmi silné molekulární vazby. Dlouhé molekulární řetězce kaučuku se mohou fyzicky otáčet kolem chemických vazeb, které je drží pohromadě, což má za následek vlastnost flexibility. To pomáhá gumě na okamžik deformovat svůj tvar bez zlomení. Vzhledem k tomu, že molekulární řetězce jsou zesítěné, kaučuk se může po deformaci rychle vrátit do původního tvaru.

fyzika pádu

kdykoli je objekt zvednut ze země a zvednut do určité výšky, práce se provádí proti hmotnosti objektu, který je uložen jako potenciální gravitační energie. Když se objekt – v tomto případě gumová koule-uvolní a spadne na zem, gravitační síla působící na kouli způsobí, že se zrychlí a přemění potenciální energii na kinetickou energii. Těsně předtím, než se míč srazí s povrchem, je veškerá potenciální energie přeměněna na kinetickou energii.

na molekulární úrovni, když míč přichází do styku s povrchem země nebo stěny, jsou molekulární řetězce koule stlačeny nebo stlačeny silou dolů působící na ni, spojenou se silou vzhůru vyvíjenou zemí. Míč mění tvar z kruhu na ovál. Jak míč mění tvar, síla vytvářená vazbami, které drží různé prameny gumy pohromadě, se zvětšuje.

změny po nárazu

při nárazu se míč náhle zastaví, ale stále má velké množství kinetické energie. Určité množství energie, které míč obsahuje, je absorbováno povrchem, ale zbývající musí někam jít, takže je uloženo jako elastická energie. Opět na molekulární úrovni klesá síla směrem dolů na prameny, zatímco síla vyvíjená vazbami se zvyšuje, což vede k tomu, že prameny znovu získají svůj původní tvar. Trvá velmi krátkou dobu, než se míč úplně zastaví, po kterém se uvolní elastická energie míče a míč nařídí sílu na zemi. Na kouli je stejná a opačná síla ve směru vzhůru (Newtonův třetí zákon), díky čemuž se odrazí. Přeměna elastické energie na kinetickou způsobuje, že stoupá proti zemi. Jinými slovy, odrazí se zpět do vzduchu!

v případě plastové nebo kovové koule není materiál Elastický, i když má stejné množství kinetické energie. Povrch, který míč udeří, absorbuje většinu energie při nárazu a protože materiál není elastický, nebude stlačen ani přetvořen, což by mu poskytlo požadované množství síly ke vzestupu (odrazu). Také přenos kinetické energie na povrch stěny povede k zubu nebo otvoru ve zdi, protože síla nemá kam jít!

povrch je také důležitý. Pokud se stejná gumová koule odrazí od koberce, nezvedne se ani neodrazí do stejné výšky, jako když se odrazí na pevné zemi. Čas potřebný k tomu, aby míč odpočíval, je delší, kvůli stlačitelnosti koberce, což znamená, že na koberec se přenáší větší síla, čímž se ponechává menší síla pro „odrazení zpět“.

Nyní, když znáte vědu o elasticitě, zkuste odskočit pár věcí ze svých zdí a uvidíte, co se stane!