Why Does a Rubber Ball Bounce Back when a Iron Ball Doesn’ t?

olipa viihdyttävä itsesi sateisena iltapäivänä pomppimalla palloa seinästä tai katsomassa jännittävää baseball-peliä, olemme kaikki viihdyttäneet lukemattomilla tavoilla tämän banaalin pallomaisen lelun avulla. Kaikkein nautittavinta saattaa kuitenkin olla kumipallon pompottelu kovalla voimalla ja sen hoivaaminen joka suuntaan. Valitettavasti muovi-tai metallipallolla ei voi olla läheskään yhtä hauskaa.

siitä herää tietysti kysymys, mikä tekee kumipallosta niin erikoisen? Miksi kumipallot ovat lopullisia pomppivia leluja? On kaksi tekijää, jotka vaikuttavat pomppimiseen; toinen on sen materiaalin kimmoisuus, josta pallo on tehty, ja toinen liittyy sen voiman vuorovaikutukseen, jolla pallo pomppii ja että kimmoisuus.

Mikä Tekee Kumista Elastisen?

Elastisuudella tarkoitetaan valmiutta / nopeutta, jolla materiaali palautuu alkuperäiseen muotoonsa puristuttuaan tai venytettyään. Kumi koostuu pitkistä hiilinieluista, jotka ovat kiinnittyneet pituutensa eri kohdissa muihin hiilinieluihin. Kumilla on sellaisenaan erittäin vahvat molekyylisidokset. Kumin pitkät molekyyliketjut voivat fyysisesti pyöriä niitä koossa pitävien kemiallisten sidosten ympärillä, mikä johtaa joustavuuden ominaisuuteen. Tämä auttaa kumia tilapäisesti muuttamaan muotoaan rikkomatta. Koska molekyyliketjut ovat ristikkäisiä, kumi voi muodonmuutoksen jälkeen palata nopeasti alkuperäiseen muotoonsa.

putoamisen fysiikka

aina kun kappale nostetaan maasta ja nostetaan tietylle korkeudelle, tehdään työtä kappaleen painoa vastaan, joka varastoituu potentiaalisena gravitaatioenergiana. Kun kappale – tässä tapauksessa kumipallo-irtoaa ja putoaa maahan, palloon vaikuttava painovoima saa sen kiihtymään muuttaen potentiaalienergian kineettiseksi energiaksi. Juuri ennen kuin pallo törmää pintaan, kaikki potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi.

molekyylitasolla, kun pallo joutuu kosketuksiin maan tai seinän pinnan kanssa, pallon molekyylijuosteet puristuvat tai litistyvät siihen vaikuttavan alaspäin suuntautuvan voiman ja maan kohdistaman ylöspäin suuntautuvan voiman vaikutuksesta. Pallo muuttaa muotoaan ympyrästä soikeaksi. Kun pallo muuttaa muotoaan, sidosten tuottama voima, joka pitää kumin eri säikeitä koossa, kasvaa.

muutokset törmäyksen jälkeen

törmäyksen jälkeen pallo pysähtyy äkillisesti, mutta sillä on silti suuri määrä liike-energiaa. Osa pallon sisältämästä energiasta imeytyy pintaan, mutta jäljelle jäävän on mentävä jonnekin, joten se varastoituu kimmoisena energiana. Jälleen molekyylitasolla säikeisiin kohdistuva alaspäin kohdistuva voima vähenee, kun taas sidosten aiheuttama voima kasvaa, jolloin säikeet saavat takaisin alkuperäisen muotonsa. Pallon täydellinen pysähtyminen kestää hyvin lyhyen ajan, jonka jälkeen pallon kimmoisa energia vapautuu ja pallo kohdistaa maahan voiman. Palloon kohdistuu yhtä suuri ja vastakkainen voima ylöspäin suuntautuvassa suunnassa (Newtonin kolmas laki), mikä saa sen pomppimaan. Elastisen energian muuntuminen kineettiseksi saa sen nousemaan maata vasten. Toisin sanoen se pomppii takaisin ilmaan!

muovi-tai metallikuulan tapauksessa materiaali ei ole kimmoinen, vaikka sillä on saman verran liike-energiaa. Pinta, johon pallo osuu, imee suurimman osan energiasta törmäyksessä, ja koska materiaali ei ole kimmoinen, sitä ei puristeta tai muuteta, mikä antaisi sille tarvittavan määrän voimaa nousta (pomppia). Myös liike-energian siirto seinän pintaan johtaa lommoon tai reikään seinässä, koska voimalla ei ole muuta paikkaa minne mennä!

myös pinnalla on väliä. Jos sama kumipallo kimpoaa matosta, se ei nouse tai kimpoa samalle korkeudelle kuin kiinteään maahan pompattaessa. Pallon lepoon kuluva aika on pidempi maton puristuvuuden vuoksi, jolloin mattoon siirtyy enemmän voimaa, jolloin ”pomppuun”jää vähemmän voimaa.

nyt kun tunnet kimmoisuuden tieteen, kokeile pomppia muutama asia seiniltäsi ja katso mitä tapahtuu!