¿Por Qué Una Bola De Goma Rebota Mientras Que Una Bola De Hierro No?

Ya sea para entretenerse en una tarde lluviosa rebotando una pelota contra la pared o viendo un emocionante juego de béisbol, todos nos hemos entretenido de innumerables maneras con este banal juguete esférico. Lo más agradable de todo, sin embargo, puede ser rebotar una pelota de goma con mucha fuerza y verla correr en todas direcciones. Desafortunadamente, no puedes divertirte tanto con una bola de plástico o de metal.

Eso plantea la pregunta, por supuesto, ¿qué hace que una bola de goma sea tan especial? ¿Por qué las bolas de goma son los mejores juguetes para rebotar? Hay dos factores que contribuyen al rebote; uno es la elasticidad del material del que está hecha la pelota y el otro está relacionado con la interacción entre la fuerza a la que se rebota y esa elasticidad.

¿Qué Hace Que el Caucho Sea Elástico?

La elasticidad se refiere a la disponibilidad/rapidez con la que un material vuelve a su forma original después de ser comprimido o estirado. El caucho está hecho de largas cuerdas enredadas de carbono unidas en diferentes puntos a lo largo de su longitud a otras cuerdas de carbono. Como tal, el caucho tiene enlaces moleculares muy fuertes. Las largas cadenas moleculares de caucho pueden girar físicamente alrededor de los enlaces químicos que las mantienen unidas, lo que resulta en la propiedad de la flexibilidad. Esto ayuda a que el caucho deforme momentáneamente su forma sin romperse. Dado que las cadenas moleculares están reticuladas, el caucho puede volver rápidamente a su forma original después de la deformación.

La física de la caída

Cada vez que un objeto se levanta del suelo y se eleva a una cierta altura, el trabajo se realiza contra el peso del objeto, que se almacena como energía gravitacional potencial. Cuando el objeto, en este caso una bola de goma, se libera y cae al suelo, la fuerza de gravedad que actúa sobre la bola hace que se acelere, convirtiendo la energía potencial en energía cinética. Justo antes de que la bola colisione con la superficie, toda la energía potencial se convierte en energía cinética.

A nivel molecular, cuando la bola entra en contacto con la superficie del suelo o la pared, las hebras moleculares de la bola se comprimen o aplastan por la fuerza descendente que actúa sobre ella, junto con la fuerza ascendente ejercida por el suelo. La bola cambia de forma de círculo a óvalo. A medida que la bola cambia de forma, la fuerza producida por los enlaces, que mantienen unidas las diferentes hebras de caucho, se hace más grande.

Cambios Después del impacto

Tras el impacto, la pelota se detiene abruptamente, pero aún posee una gran cantidad de energía cinética. Cierta cantidad de energía que contiene la bola es absorbida por la superficie, pero el resto tiene que ir a algún lugar, por lo que se almacena como energía elástica. De nuevo a nivel molecular, la fuerza descendente en las hebras disminuye, mientras que la fuerza ejercida por los enlaces aumenta, lo que da como resultado que las hebras recuperen su forma original. Se necesita un tiempo muy corto para que la pelota se detenga por completo, después de lo cual la energía elástica de la pelota se libera y la pelota ejerce una fuerza en el suelo. Hay una fuerza igual y opuesta en la bola en la dirección ascendente (Tercera Ley de Newton), que la hace rebotar. La conversión de energía elástica en cinética hace que se eleve contra el suelo. En otras palabras, rebota en el aire!

En el caso de una bola de plástico o metal, el material no es elástico, aunque tiene la misma cantidad de energía cinética. La superficie que golpea la bola absorberá la mayor parte de la energía al impactar y, dado que el material no es elástico, no se comprimirá ni remodelará, lo que le dará la cantidad de fuerza necesaria para elevarse (rebotar). Además, la transferencia de energía cinética a la superficie de la pared conducirá a una abolladura o un agujero en la pared, ya que la fuerza no tiene a dónde ir.

La superficie también importa. Si la misma bola de goma rebota en una alfombra, no se elevará ni rebotará a la misma altura que cuando rebota en tierra firme. El tiempo que tarda la pelota en descansar es más largo, debido a la compresibilidad de la alfombra, lo que significa que se transfiere más fuerza a la alfombra, dejando así menos fuerza para el «rebote».

Ahora que conoce la ciencia de la elasticidad, intente rebotar algunas cosas de sus paredes y vea qué sucede.