waarom stuitert een rubberen bal terug terwijl een ijzeren bal dat niet doet?

of je nu jezelf vermaakt op een regenachtige middag door een bal van de muur te stuiteren of naar een spannend honkbalspel te kijken, we zijn allemaal vermaakt op talloze manieren door dit banale sferische speelgoed. De meest plezierige van allemaal, echter, kan een rubberen bal stuiteren met veel kracht en kijken naar het careen in alle richtingen. Helaas kun je niet zo veel plezier hebben met een plastic of metalen bal.

dat roept natuurlijk de vraag op, wat maakt een rubberen bal zo bijzonder? Waarom zijn rubberen ballen het ultieme stuiterende speelgoed? Er zijn twee factoren die bijdragen aan veerkracht; de ene is de elasticiteit van het materiaal waaruit de bal is gemaakt en de andere is gerelateerd aan de interactie tussen de kracht waarmee de bal wordt gestuiterd en die elasticiteit.

Wat Maakt Rubber Elastisch?

elasticiteit verwijst naar de gereedheid/snelheid waarmee een materiaal terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm na samengedrukt of uitgerekt te zijn. Rubber is gemaakt van lange verwarde snaren van koolstof bevestigd op verschillende punten langs zijn lengte aan andere snaren van koolstof. Als zodanig heeft rubber zeer sterke moleculaire bindingen. De lange moleculaire ketens van rubber kunnen fysiek draaien rond de chemische bindingen die ze bij elkaar houden, wat resulteert in de eigenschap van flexibiliteit. Dit helpt rubber om tijdelijk zijn vorm te vervormen zonder te breken. Omdat de moleculaire ketens zijn Vernet, rubber kan snel terug naar zijn oorspronkelijke vorm na vervorming.

de fysica van vallen

wanneer een voorwerp van de grond wordt getild en tot een bepaalde hoogte wordt verhoogd, wordt gewerkt tegen het gewicht van het voorwerp, dat als potentiële gravitatieenergie wordt opgeslagen. Wanneer het object – in dit geval een rubberen bal – wordt vrijgegeven en op de grond valt, zorgt de zwaartekracht die op de bal werkt ervoor dat het versnelt, waardoor potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie. Vlak voordat de bal botst met het oppervlak, wordt alle potentiële energie omgezet in kinetische energie.

op moleculair niveau worden, wanneer de kogel in contact komt met het oppervlak van de grond of de wand, de moleculaire strengen van de kogel gecomprimeerd of geplet door de neerwaartse kracht die erop werkt, gekoppeld aan de opwaartse kracht die door de grond wordt uitgeoefend. De bal verandert van vorm van een cirkel naar een ovaal. Als de bal van vorm verandert, wordt de kracht die wordt geproduceerd door de bindingen, die de verschillende strengen rubber bij elkaar houden, groter.

veranderingen na Impact

bij impact komt de bal abrupt tot stilstand, maar bezit nog steeds een grote hoeveelheid kinetische energie. Een deel van de energie die de bal bevat wordt geabsorbeerd door het oppervlak, maar de rest moet ergens heen, dus het wordt opgeslagen als elastische energie. Opnieuw op moleculair niveau neemt de neerwaartse kracht op de bundels af, terwijl de kracht die door de bindingen wordt uitgeoefend toeneemt, waardoor de bundels hun oorspronkelijke vorm terugkrijgen. Het duurt zeer korte tijd voordat de bal volledig tot stilstand komt, waarna de elastische energie van de bal wordt vrijgegeven en de bal een kracht op de grond uitoefent. Er is een gelijke en tegengestelde kracht op de bal in de opwaartse richting (Newton ‘ s derde wet), waardoor het stuiteren. De omzetting van elastische energie in kinetische maakt het stijgen tegen de grond. Met andere woorden, het stuitert terug de lucht in!

bij een kogel van kunststof of metaal is het materiaal niet elastisch, hoewel het dezelfde hoeveelheid kinetische energie heeft. Het oppervlak dat de bal raakt zal het grootste deel van de energie absorberen bij de impact en omdat het materiaal niet-elastisch is, zal het niet worden gecomprimeerd of hervormd, wat het de vereiste hoeveelheid kracht zou geven om op te stijgen (stuiteren). Ook de overdracht van kinetische energie aan het oppervlak van de muur zal leiden tot een deuk of een gat in de muur, omdat de kracht heeft nergens anders te gaan!

het oppervlak is ook van belang. Als dezelfde rubberen bal wordt gestuit van een tapijt, zal het niet stijgen of stuiteren op dezelfde hoogte als wanneer gestuit op vaste grond. De tijd die nodig is voor de bal tot rust te komen is langer, als gevolg van de samendrukbaarheid van tapijt, wat betekent dat er meer kracht wordt overgebracht naar het tapijt, waardoor minder kracht voor de “bounce back”.

nu je de wetenschap van elasticiteit kent, probeer dan een paar dingen van je muren te stuiteren en kijk wat er gebeurt!