miért pattan vissza egy gumilabda, míg egy vasgolyó nem?

akár szórakoztató magát egy esős délután pattogó labdát a falról, vagy nézni egy izgalmas játék a baseball, mindannyian szórakoztatják számtalan módon ez a banális gömb alakú játék. A legélvezetesebb az összes, azonban lehet pattogó gumi labdát egy csomó erő, és figyeli, hogy careen minden irányban. Sajnos nem lehet annyira szórakozni egy műanyag vagy fém golyóval.

ez természetesen felveti a kérdést, mitől olyan különleges a gumilabda? Miért gumilabda a végső pattogó játékok? Két tényező járul hozzá a visszapattanáshoz; az egyik annak az anyagnak a rugalmassága, amelyből a labda készül, a másik pedig a visszapattant erő és a rugalmasság közötti kölcsönhatáshoz kapcsolódik.

Mi Teszi A Gumit Rugalmassá?

a rugalmasság azt a készséget/gyorsaságot jelenti, amellyel az anyag összenyomódás vagy nyújtás után visszatér eredeti alakjához. A gumi hosszú, kusza szénszálakból készül, amelyek hossza mentén különböző pontokon kapcsolódnak más szénszálakhoz. Mint ilyen, a gumi nagyon erős molekuláris kötésekkel rendelkezik. A gumi hosszú molekuláris láncai fizikailag elfordulhatnak az őket összetartó kémiai kötések körül, ami a rugalmasság tulajdonságát eredményezi. Ez elősegíti a gumi alakjának pillanatnyi deformálódását törés nélkül. Mivel a molekuláris láncok térhálósak, A gumi deformáció után gyorsan visszatérhet eredeti alakjához.

a zuhanás fizikája

amikor egy tárgyat felemelnek a talajról és egy bizonyos magasságba emelnek, a munka a tárgy súlyával szemben történik, amely potenciális gravitációs energiaként tárolódik. Amikor a tárgy – ebben az esetben egy gumilabda-felszabadul, és a földre esik, a golyóra ható gravitációs erő felgyorsítja, a potenciális energiát kinetikus energiává alakítja. Közvetlenül mielőtt a labda ütközik a felülettel, az összes potenciális energia kinetikus energiává alakul.

molekuláris szinten, amikor a labda érintkezik a talaj vagy a fal felületével, a golyó molekuláris szálait a rá ható lefelé ható erő összenyomja vagy összenyomja, a talaj által kifejtett felfelé irányuló erővel párosulva. A labda alakja körről oválisra változik. Amint a labda alakja megváltozik, a kötések által termelt erő, amely a különböző gumiszálakat összetartja, nagyobb lesz.

változások ütközés után

ütközés után a labda hirtelen megáll, de még mindig nagy mennyiségű kinetikus energiával rendelkezik. Bizonyos mennyiségű energiát, amelyet a labda tartalmaz, a felület elnyeli, de a maradéknak valahova el kell mennie, így rugalmas energiaként tárolódik. Molekuláris szinten ismét csökken a szálak lefelé irányuló ereje, míg a kötések által kifejtett erő növekszik, ami azt eredményezi, hogy a szálak visszanyerik eredeti alakjukat. Nagyon rövid időbe telik, amíg a labda teljesen megáll, majd a labda rugalmas energiája felszabadul, és a labda erőt fejt ki a földre. Van egy egyenlő és ellentétes erő a labdát a felfelé (Newton harmadik törvénye), ami azt ugrál. A rugalmas energia kinetikussá történő átalakulása a talajhoz emelkedik. Más szavakkal, visszapattan a levegőbe!

műanyag vagy fémgolyó esetén az anyag nem rugalmas, bár ugyanannyi kinetikus energiával rendelkezik. Az a felület, amelyet a labda eltalál, elnyeli az energia nagy részét ütközéskor, és mivel az anyag nem rugalmas, nem lesz összenyomva vagy átalakítva, ami megadja a szükséges erőt az emelkedéshez (ugráláshoz). Továbbá, a kinetikus energia átadása a felszínre a fal egy horpadáshoz vagy lyukhoz vezet a falban, mivel az erőnek nincs más helye!

a felület is számít. Ha ugyanazt a gumilabdát lepattintják a szőnyegről, akkor az nem emelkedik vagy ugrál ugyanolyan magasságba, mint amikor szilárd talajon visszapattan. A labda pihenéséhez szükséges idő hosszabb, a szőnyeg összenyomhatósága miatt, ami azt jelenti, hogy több erő kerül át a szőnyegre, így kevesebb erő marad a “visszapattanáshoz”.

most, hogy ismeri a rugalmasság tudományát, próbáljon meg néhány dolgot visszapattanni a faláról, és nézze meg, mi történik!