Warum springt ein Gummiball zurück, während ein Eisenkugel dies nicht tut?

Ob Sie sich an einem regnerischen Nachmittag unterhalten, indem Sie einen Ball von der Wand hüpfen lassen oder ein aufregendes Baseballspiel sehen, wir alle wurden auf unzählige Arten von diesem banalen kugelförmigen Spielzeug unterhalten. Am meisten Spaß macht es jedoch, einen Gummiball mit viel Kraft zu hüpfen und ihn in alle Richtungen zu beobachten. Leider kann man mit einer Plastik- oder Metallkugel nicht annähernd so viel Spaß haben.

Das wirft natürlich die Frage auf, was einen Gummiball so besonders macht? Warum sind Gummibälle das ultimative Hüpfspielzeug? Es gibt zwei Faktoren, die zur Sprungkraft beitragen; Einer ist die Elastizität des Materials, aus dem der Ball besteht, und der andere hängt mit der Wechselwirkung zwischen der Kraft, mit der er abprallt, und dieser Elastizität zusammen.

Was macht Gummi elastisch?

Elastizität bezieht sich auf die Bereitschaft / Schnelligkeit, mit der ein Material nach dem Komprimieren oder Dehnen in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Gummi besteht aus langen, verwickelten Kohlenstoffsträngen, die an verschiedenen Stellen entlang ihrer Länge an anderen Kohlenstoffsträngen befestigt sind. Als solches hat Gummi sehr starke molekulare Bindungen. Die langen Molekülketten von Gummi können sich physikalisch um die chemischen Bindungen drehen, die sie zusammenhalten, was zu der Eigenschaft der Flexibilität führt. Dies hilft Gummi, seine Form vorübergehend zu verformen, ohne zu brechen. Da die Molekülketten vernetzt sind, kann Gummi nach der Verformung schnell in seine ursprüngliche Form zurückkehren.

Die Physik des Fallens

Immer wenn ein Objekt vom Boden abgehoben und auf eine bestimmte Höhe angehoben wird, wird gegen das Gewicht des Objekts gearbeitet, das als potentielle Gravitationsenergie gespeichert wird. Wenn das Objekt – in diesem Fall ein Gummiball – losgelassen wird und zu Boden fällt, beschleunigt die auf den Ball einwirkende Schwerkraft und wandelt potentielle Energie in kinetische Energie um. Kurz bevor der Ball mit der Oberfläche kollidiert, wird die gesamte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Wenn der Ball auf molekularer Ebene mit der Oberfläche des Bodens oder der Wand in Kontakt kommt, werden die Molekülstränge des Balls durch die auf ihn einwirkende Abwärtskraft in Verbindung mit der vom Boden ausgeübten Aufwärtskraft zusammengedrückt oder gequetscht. Der Ball ändert seine Form von einem Kreis zu einem Oval. Wenn der Ball seine Form ändert, wird die Kraft, die durch die Bindungen erzeugt wird, die die verschiedenen Gummistränge zusammenhalten, größer.

Änderungen nach dem Aufprall

Beim Aufprall kommt der Ball abrupt zum Stillstand, besitzt aber immer noch eine große Menge an kinetischer Energie. Eine gewisse Menge an Energie, die der Ball enthält, wird von der Oberfläche absorbiert, aber die verbleibende muss irgendwohin gehen, so dass sie als elastische Energie gespeichert wird. Auch auf molekularer Ebene nimmt die Abwärtskraft auf die Stränge ab, während die von den Bindungen ausgeübte Kraft zunimmt, was dazu führt, dass die Stränge ihre ursprüngliche Form wiedererlangen. Es dauert eine sehr kurze Zeit, bis der Ball vollständig zum Stillstand kommt, wonach die elastische Energie des Balls freigesetzt wird und der Ball eine Kraft auf den Boden ausübt. Es gibt eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf den Ball in Aufwärtsrichtung (Newtons Drittes Gesetz), wodurch er abprallt. Die Umwandlung von elastischer Energie in kinetische Energie lässt sie gegen den Boden aufsteigen. Mit anderen Worten, es springt zurück in die Luft!

Im Falle einer Kunststoff- oder Metallkugel ist das Material nicht elastisch, obwohl es die gleiche Menge an kinetischer Energie hat. Die Oberfläche, auf die der Ball trifft, absorbiert den größten Teil der Energie beim Aufprall und da das Material nicht elastisch ist, wird es nicht komprimiert oder umgeformt, was ihm die erforderliche Kraft zum Aufsteigen (Abprallen) verleihen würde. Auch die Übertragung von kinetischer Energie auf die Oberfläche Die Wand führt zu einer Delle oder einem Loch in der Wand, da die Kraft nirgendwo anders hingehen kann!

Auch die Oberfläche zählt. Wenn derselbe Gummiball von einem Teppich abprallt, steigt er nicht auf die gleiche Höhe wie auf festem Boden. Die Zeit, die der Ball benötigt, um zur Ruhe zu kommen, ist aufgrund der Kompressibilität des Teppichs länger, was bedeutet, dass mehr Kraft auf den Teppich übertragen wird, wodurch weniger Kraft für den „Rückprall“ verbleibt.

Nun, da Sie die Wissenschaft der Elastizität kennen, versuchen Sie, ein paar Dinge von Ihren Wänden abzuprallen und sehen Sie, was passiert!