Verformung einer Kugel, wenn sie auf eine starre Oberfläche fällt

Angenommen, wir lassen einen Gummiball auf den Boden fallen. Der Ball kollidiert mit dem Boden, kommt zur Ruhe und springt oft auf eine niedrigere Höhe zurück. Ich versuche, dies aus der Kraftperspektive zu betrachten, nicht aus Energie oder Impuls.

Der Ball wird beim Auftreffen auf den Boden verformt und übt, da er elastisch ist, eine gewisse Kraft auf den Boden aus, um in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Daher bietet der Boden eine normale Reaktion, die größer ist als das Gewicht, was dem Ball eine Aufwärtsbeschleunigung verleiht, wodurch er wieder nach oben springt.

Aber was komprimiert den Ball überhaupt? Auf den Ball wirkt eine gewisse Spannung, aber wo entsteht sie?

Ich stelle es mir gerne so vor, dass die untere Oberfläche der Kugel zuerst zur Ruhe kommt, während sich der Schwerpunkt aufgrund der Trägheit weiter bewegt. Dadurch entsteht die Spannung, die den Massenschwerpunkt entschleunigt, bis er zum Stillstand kommt. Ist das die Quelle der Druckspannung? Ich bin mir nicht sicher.

Es scheint eine andere Erklärung zu geben: Wenn der Ball auf den Boden fällt, hat der Ball eine Abwärtsgeschwindigkeit, selbst wenn die Reaktion dem Gewicht entspricht. Daher muss der Boden eine Kraft bereitstellen, die größer ist als das Gewicht, um diese Geschwindigkeit zu stoppen. Dieses Gewicht komprimiert den Ball, der versucht, seine Form beizubehalten, und übt so eine größere Kraft auf den Boden aus, was wiederum zu einer stärkeren Reaktion und mehr Kompression führt, bis der Ball stoppt. An diesem Punkt beschleunigt ihn diese Gesamtreaktion nach hinten, dh nach oben.

Sind diese beiden Erklärungen gleichwertig? Wenn nein, was ist die richtige Erklärung? Woher kommt rein krafttechnisch gesehen die Druckspannung? Wenn ich die Kugel als so etwas wie eine Masse auf einer Feder betrachte, dann ist die erste Erklärung richtig.

Ich denke, die zweite Erklärung ist unnötig verworren und die erste Erklärung ist die richtige. Es ist die Trägheit und die Beschleunigung der Oberseite des Balls relativ zur unteren Hälfte, die die Kompression erzeugt, die letztendlich die normale Reaktion erhöht und bewirkt, dass der Ball wieder nach oben springt.

Ist das richtig ?

Eine Reihe von Fotos, die im Beitrag von Interesse sein könnten. Welche Arbeit verrichtet die Wand, wenn ein Ball sie trifft?
@Farcher vielen Dank dafür. Es ist also eine Kombination aus den inneren Kräften und der anfänglichen Reaktionskraft, die den Ball zusammendrückt. Dann versucht der Ball wieder normal zu werden, indem er eine Kraft auf die Wand ausübt. Dadurch wird die Reaktionskraft erhöht, wodurch der Ball rückwärts beschleunigt. Meine Frage bezog sich auf Ursache und Wirkung. Wird die Kugel zuerst komprimiert und erhöht sich dann die Reaktionskraft, oder erhöht sich die Reaktionskraft sofort, wodurch die Kugel komprimiert wird? Ich denke, es ist ersteres. Bitte überprüfen ?

Antworten (1)

Beide von Ihnen beschriebenen Effekte treten auf. Der Schwerpunkt des Balls bewegt sich nach dem Auftreffen des tiefsten Punkts des Balls auf dem Boden weiter nach unten, was bedeutet, dass der Ball deformiert wird. Die vom Boden ausgeübte Reaktionskraft ist größer als das Gewicht des Balls – sie muss es sein, um den Ball zu beschleunigen. Sie sollten das intuitiv erkennen können, da es die Tatsache berücksichtigt, dass ein Ball, der einfach auf dem Boden ruht, nicht durch eine Normalkraft in die Luft geschleudert wird, die seinem Gewicht entspricht. Die Reaktionskraft nimmt mit der Auftreffgeschwindigkeit des Balls zu, was der Tatsache Rechnung trägt, dass die Höhe des Aufpralls eines Balls von der Höhe abhängt, aus der er fällt.

Ich denke, meine zweite Erklärung ist falsch. Es ist nicht die Reaktionskraft vom Boden, die den Ball verformt, es ist das Gegenteil. Die Verformung durch die Kugel erhöht die Reaktion. Was die Verformung selbst angeht, denke ich, dass es auf die Reaktionskräfte zwischen den einzelnen Schichten des Balls zurückzuführen ist, da der untere Teil vor dem oberen Teil zur Ruhe kommt. Ist das korrekt ?
Im Großen und Ganzen ja. Die Verformung verursacht innere Kräfte, die bewirken, dass die Kugel wieder in ihre Gleichgewichtsform gebracht wird.
Entschuldigen Sie diese Unannehmlichkeiten, aber ich muss diesen kleinen Zweifel ausräumen. Einige Leute behaupten, dass die größere normale Reaktion des Bodens dazu führt, dass sich der Ball verformt. Das ist offensichtlich falsch oder? Ursache und Wirkung wurden hier vertauscht. Es sollte die Verformung des Balls sein, die versucht, in den ursprünglichen Zustand zurückzukehren, die die normale Reaktion verstärkt.
Was die Kompression im Ball betrifft, so ist das rein auf die Trägheit und die inneren Kräfte zurückzuführen und hat nichts mit der Reaktion des Bodens zu tun, richtig? Die Reaktion vom Boden ist ein ERGEBNIS davon und nicht umgekehrt. Bitte bestätigen Sie mir dies, da dies die Grundlage meines Zweifels ist. Die Leute, die behaupten, dass die Reaktionskraft den Ball zusammendrückt, liegen offensichtlich falsch, oder? Die Reaktionskraft entsteht aus der Kugel, die versucht, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Aber die Komprimierung ist auf andere interne Effekte zurückzuführen.
Es ist beides. Eine Kraft und eine entsprechende Reaktion sind untrennbar. Sie können nicht behaupten, dass der Rebound von einem und nicht vom anderen verursacht wird.
Verformung einer Kugel, wenn sie auf eine starre Oberfläche fällt
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