Hvorfor Spretter En Gummiboll Tilbake mens En Jernkule Ikke Gjør det?

Enten du underholder deg selv på en regnfull ettermiddag ved å hoppe en ball av veggen eller se et spennende spill baseball, har vi alle blitt underholdt på utallige måter av dette banale sfæriske leketøyet. Den mest underholdende av alle, derimot, kan sprette en gummiball med mye kraft og se det careen i alle retninger. Dessverre kan du ikke ha nesten like mye moro med en plast-eller metallkule.

Det stiller spørsmålet, selvfølgelig, hva gjør en gummiboll så spesiell? Hvorfor er gummiballer de ultimate hoppende lekene? Det er to faktorer som bidrar til bounciness; en er elastisiteten til materialet som ballen er laget av, og den andre er relatert til samspillet mellom kraften som den er spratt på og den elastisiteten.

Hva Gjør Gummi Elastisk?

Elastisitet refererer til beredskap/hurtighet som et materiale returnerer til sin opprinnelige form etter å ha blitt komprimert eller strukket. Gummi er laget av lange sammenfiltrede strenger av karbon festet på forskjellige punkter langs sin lengde til andre strenger av karbon. Som sådan har gummi meget sterke molekylære bindinger. De lange molekylære kjedene av gummi kan fysisk rotere rundt de kjemiske bindingene som holder dem sammen, noe som resulterer i egenskapen fleksibilitet. Dette hjelper gummi til å deformere sin form uten å bryte. Siden molekylkjedene er tverrbundet, kan gummi raskt gå tilbake til sin opprinnelige form etter deformasjon.

Fysikken Til Å Falle

Når et objekt løftes av bakken og heves til en viss høyde, gjøres arbeid mot objektets vekt, som lagres som potensiell gravitasjonsenergi. Når objektet – i dette tilfellet en gummiboll-slippes ut og faller til bakken, får tyngdekraften som virker på ballen det til å akselerere, og omdanner potensiell energi til kinetisk energi. Like før ballen kolliderer med overflaten, blir all potensiell energi omdannet til kinetisk energi.

på molekylært nivå, når ballen kommer i kontakt med overflaten av bakken eller veggen, komprimeres eller knuses de molekylære strengene av ballen av den nedadgående kraften som virker på den, kombinert med den oppadgående kraften som utøves av bakken. Ballen endrer form fra en sirkel til en oval. Når ballen endrer form, blir kraften som produseres av bindingene, som holder de forskjellige trådene av gummi sammen, større.

Endringer Etter Slag

ved slag kommer ballen til en brå stopp, men har fortsatt en stor mengde kinetisk energi. En viss mengde energi som ballen inneholder, absorberes av overflaten, men de resterende må gå et sted, så det lagres som elastisk energi. Igjen på molekylært nivå reduseres den nedadgående kraften på strengene, mens kraften som utøves av bindingene øker, noe som resulterer i at strengene gjenvinner sin opprinnelige form. Det tar svært kort tid for ballen å komme til en fullstendig stopp, hvoretter den elastiske energien til ballen slippes ut og ballen utøver en kraft på bakken. Det er en lik og motsatt kraft på ballen i oppadgående retning (Newtons Tredje Lov), noe som gjør at den spretter. Konverteringen av elastisk energi til kinetisk gjør at den stiger mot bakken. Med andre ord, det spretter tilbake i luften!

i tilfelle en plast-eller metallkule er materialet ikke elastisk, selv om det har samme mengde kinetisk energi. Overflaten som ballen treffer vil absorbere det meste av energien ved støt, og siden materialet ikke er elastisk, vil det ikke bli komprimert eller omformet, noe som vil gi den den nødvendige mengden kraft til å stige (sprette). Også overføring av kinetisk energi til overflaten veggen vil føre til en bulk eller et hull i veggen, siden kraften har noe annet å gå!

overflaten er også viktig. Hvis den samme gummibollen sprettes av et teppe, vil den ikke stige eller hoppe til samme høyde som når den sprettes på fast grunn. Tiden det tar for ballen å komme til hvile er lengre, på grunn av komprimerbarheten av teppet, noe som betyr at mer kraft overføres til teppet, og dermed etterlater mindre kraft for «sprette tilbake».

nå som du kjenner vitenskapen om elastisitet, prøv å hoppe noen ting av veggene dine og se hva som skjer!