Energieerhaltung beim Fallenlassen eines Balls [Duplikat]

Wenn wir eine Bowlingkugel aus einem Meter über der Erdoberfläche fallen lassen, wandeln wir ihre potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie um.

Wenn es auf den Boden trifft, überträgt es seine kinetische Energie auf die Erde, sodass sich die Erde jetzt mit größerer (aber nicht wahrnehmbarer) Geschwindigkeit direkt nach unten bewegt.

Aber nehmen wir an, wir haben einen hohlen Hüpfball (z. B. einen Tischtennisball) mit der gleichen Masse fallen gelassen. Jetzt kann der Ball elastisch zurückprallen. Soll diese Energie aus der Kompression und Dekompression der inneren Gasmoleküle stammen?

Ich denke, Sie meinen, die Erde bewegt sich mit einer geringeren Geschwindigkeit, nicht mit größerer Geschwindigkeit. Welches Objekt in diesem Szenario enthält außerdem Gasmoleküle?
@AaronStevens Wenn die Erde von einem Meteor getroffen wird, wird sie dann nicht schneller in diese Richtung fliegen? Dasselbe gilt für einen kleinen Ball. Zweitens ist das Objekt, das Gasmoleküle enthält, der Hüpfball.
Wenn ein Ball, der viel weniger massereich als die Erde ist, mit einer gewissen Geschwindigkeit auf die Erde trifft, bewegt sich die Erde, die viel massereicher als der Ball ist, mit einer viel geringeren Geschwindigkeit als der Ball, wenn er durch Erhaltung des Impulses bewegt wird. Außerdem sind typische Hüpfbälle fest. Wenn Sie nach einem Gasball fragen, der mit der Erde kollidiert, sollten Sie die Frage bearbeiten, um Verwirrung zu vermeiden.
@AaronStevens Wenn sich die Erde mit Nullgeschwindigkeit bewegt und wir einen Ball fallen lassen, bewegt er sich etwas schneller nach unten. Außerdem sind Hüpfbälle typischerweise hohl.
@safesphere Bitte fügen Sie dies als Antwort hinzu.
Ich glaube nicht, dass sie normalerweise hohl sind, aber sie können zB Tischtennisbälle sein
Diese Frage ist im Grunde, was ist die Physik, warum ein Tischtennisball federnd ist?
@JossieCalderon Ich dachte, Sie vergleichen eher die Geschwindigkeiten der Erde und des Balls als die Geschwindigkeit der Erde vor und nach der Kollision. Entschuldigen Sie.
Im Fall des Tischtennisballs kommt die Erholung nicht primär von der Kompression und Expansion des Gases innerhalb des Balls. Es kommt von der elastischen Verformung des Balls (die Form ändert sich während des Aufpralls) und der Wiederherstellung der Form. Das hat mit dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten des Kugelmaterials zu tun.

Antworten (2)

Die Erde bewegt sich nicht mit einer Geschwindigkeit von Null, sondern bewegt sich auf die Kugel zu, die von der Kugel angezogen wird, mit genau der gleichen Kraft, wie die Kugel von der Erde angezogen wird (drittes Newtonsches Gesetz). Wenn sie kollidieren, halten beide an, sich zu bewegen. Bei einem springenden Ball prallt die Erde zwar zurück, verlangsamt sich jedoch allmählich, wenn sie vom Ball angezogen wird, und stoppt, wenn der Ball ebenfalls stoppt, wenn er seine ursprüngliche Höhe erreicht. Wenn die Erde von einem Meteor getroffen wird, hängt die resultierende Geschwindigkeit von der Masse und Geschwindigkeit des Meteors ab, als er weit von der Erde entfernt war. Wenn sich der Meteor nicht bewegte, sondern seine Geschwindigkeit nur durch die Erdanziehungskraft erlangte, dann wäre die resultierende Geschwindigkeit nach dem Impulserhaltungssatz Null.

Wenn wir eine Bowlingkugel aus einem Meter über der Erdoberfläche fallen lassen, wandeln wir ihre potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie um.

Es ist der Ball und die Erde, die die potenzielle Gravitationsenergie haben, nicht der Ball allein.


Wenn es auf den Boden trifft, überträgt es seine kinetische Energie auf die Erde, sodass sich die Erde jetzt mit größerer (aber nicht wahrnehmbarer) Geschwindigkeit direkt nach unten bewegt.

Nicht so.
Betrachten Sie den Ball und die Erde als ein isoliertes System, in dem sich beide zunächst in Ruhe befinden, und lassen Sie den Ball dann auf die Erde fallen.
Wenn keine äußeren Kräfte auf das System einwirken, muss der Gesamtimpuls des Kugel- und Erdsystems für alle Zeiten Null sein.
Wenn sich der Ball auf die Erde zubewegt, gewinnt er an Schwung, aber gleichzeitig bewegt sich die Erde auf den Ball zu und gewinnt die gleiche Menge an Schwung, aber in die entgegengesetzte Richtung. Jeder gewinnt auch kinetische Energie, aber der Ball wird viel mehr kinetische Energie gewinnen als die Erde, weil die Masse des Balls so viel kleiner ist als die Masse der Erde.
Wenn der Ball und die Erde nach dem Zusammenstoß zusammenhalten, hat das System keine kinetische Energie.
Die mechanische Energie, die das System hatte, wird zu Wärme, Schall und wird verwendet, um die Kugel und die Erde dauerhaft zu verformen - es ist eine unelastische Kollision.

Aber nehmen wir an, wir haben einen hohlen Hüpfball (z. B. einen Tischtennisball) mit der gleichen Masse fallen gelassen. Jetzt kann der Ball elastisch zurückprallen. Soll diese Energie aus der Kompression und Dekompression der inneren Gasmoleküle stammen?

Wenn die Kollision zwischen dem Ball und der Erde perfekt elastisch ist, wird die mechanische Energie des Systems als elastische (Feder-) potentielle Energie gespeichert, wenn sich der Ball und die Erde während ihres Zusammenstoßes verformen.
Dann wird diese elastische potentielle Energie in kinetische Energie des Balls und der Erde umgewandelt, aber jetzt bewegen sie sich voneinander weg.
Sie bewegten sich weiter, bis ihre Trennung dieselbe war wie ihre anfängliche Trennung, zu welcher Zeit sie relativ zueinander in Ruhe waren.
Die Sequenz würde dann wiederholt werden.