dlaczego gumowa piłka odbija się, a Żelazna Nie?

niezależnie od tego, czy bawisz się w deszczowe popołudnie, odbijając piłkę od ściany, czy oglądając ekscytujący mecz baseballu, ta banalna sferyczna zabawka zapewnia nam niezliczoną ilość rozrywki. Jednak najprzyjemniejsze ze wszystkich może być odbijanie gumowej piłki z dużą siłą i obserwowanie jej we wszystkich kierunkach. Niestety, nie można mieć prawie tyle zabawy z plastikową lub metalową kulką.

to oczywiście nasuwa pytanie, co sprawia, że gumowa piłka jest tak wyjątkowa? Dlaczego gumowe kulki są najlepszymi zabawkami podskakującymi? Istnieją dwa czynniki, które przyczyniają się do sprężystości; jeden to elastyczność materiału, z którego wykonana jest piłka, a drugi jest związany z interakcją między siłą, przy której jest odbijana, a tą sprężystością.

Co Sprawia, Że Guma Jest Elastyczna?

elastyczność odnosi się do gotowości/szybkości, z jaką materiał powraca do pierwotnego kształtu po ściśnięciu lub rozciągnięciu. Guma jest wykonana z długich splątanych sznurków węgla przymocowanych w różnych punktach na swojej długości do innych sznurków węgla. Jako takie, guma ma bardzo silne wiązania molekularne. Długie łańcuchy molekularne gumy mogą fizycznie obracać się wokół wiązań chemicznych, które trzymają je razem, co skutkuje właściwością elastyczności. Pomaga to gumie chwilowo odkształcić swój kształt bez pękania. Ponieważ łańcuchy molekularne są usieciowane, guma może szybko powrócić do pierwotnego kształtu po odkształceniu.

Fizyka upadku

ilekroć obiekt jest podnoszony z ziemi i podnoszony na określoną wysokość, praca jest wykonywana przeciwko ciężarowi obiektu, który jest przechowywany jako potencjalna energia grawitacyjna. Kiedy obiekt-w tym przypadku gumowa kula-zostaje uwolniony i spada na ziemię, siła grawitacji działająca na kulę powoduje jej przyspieszenie, przekształcając energię potencjalną w energię kinetyczną. Tuż przed zderzeniem kuli z powierzchnią, cała energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

na poziomie molekularnym, gdy piłka styka się z powierzchnią ziemi lub ściany, pasma cząsteczkowe piłki są ściskane lub zgniatane przez działającą na nią siłę w dół, połączoną z siłą w górę wywieraną przez ziemię. Piłka zmienia kształt z koła na Owalny. Gdy piłka zmienia kształt, siła wytwarzana przez wiązania, które trzymają różne pasma gumy razem, staje się większa.

zmiany po uderzeniu

po uderzeniu piłka zatrzymuje się nagle, ale nadal posiada dużą ilość energii kinetycznej. Pewna ilość energii, którą zawiera piłka, jest pochłaniana przez powierzchnię, ale pozostała musi gdzieś iść, więc jest przechowywana jako energia elastyczna. Ponownie na poziomie molekularnym Siła spadkowa na nici maleje, podczas gdy siła wywierana przez wiązania wzrasta, co powoduje, że nici odzyskują swój pierwotny kształt. Potrzeba bardzo krótkiego czasu, aby piłka całkowicie się zatrzymała,po czym elastyczna energia piłki jest uwalniana, a piłka oddziałuje na ziemię. Istnieje równa i przeciwna siła na piłkę w kierunku do góry (trzecie prawo Newtona), co sprawia, że odbija się. Konwersja energii sprężystej na kinetyczną powoduje, że unosi się ona o ziemię. Innymi słowy, odbija się z powrotem w powietrze!

w przypadku kulek plastikowych lub metalowych materiał nie jest elastyczny, chociaż ma taką samą ilość energii kinetycznej. Powierzchnia, którą uderza piłka, pochłonie większość energii po uderzeniu, a ponieważ materiał jest nieelastyczny, nie zostanie ściśnięty ani przekształcony, co dałoby mu wymaganą siłę do podniesienia (odbicia). Również przeniesienie energii kinetycznej na powierzchnię ściany doprowadzi do wgniecenia lub dziury w ścianie, ponieważ siła nie ma gdzie pójść!

liczy się również powierzchnia. Jeśli ta sama gumowa piłka zostanie odbita od dywanu, nie wzrośnie ani nie odbije się na tej samej wysokości, co w przypadku odbicia na twardym podłożu. Czas potrzebny na odpoczynek piłki jest dłuższy, ze względu na ściśliwość dywanu, co oznacza, że większa siła jest przenoszona na dywan, pozostawiając mniej siły na „odbicie”.

teraz, gdy znasz naukę o elastyczności, spróbuj odbić kilka rzeczy od ścian i zobacz, co się stanie!