Wenn ich einen Tischtennisball auf dem Tisch drehe, rollt er in die entgegengesetzte Richtung der Drehung vorwärts und ändert dann schließlich die Richtung und rollt rückwärts.
Hier ist ein Video, das den Effekt demonstriert .
Warum passiert das?
Eine Möglichkeit, es für mich sinnvoll zu erklären, ist, dass die Rückwärtsdrehung des Balls eine Kraft ist, die den Ball zu Ihnen drückt. Die einmal aufgebrachte Kraft Ihres Fingers, die den Rückwärtsdrall erzeugt, schiebt den Ball auch nach vorne, aber der Rückwärtsdrall bleibt nahezu konstant. In dem Moment, in dem Sie den Ball drehen, ist die Vorwärtskraft größer als die des Rückwärtsdrehens, sodass sich der Ball wegbewegt. Nach dem Zeitpunkt Null ist der Backspin die einzige Kraft, die horizontal wirkt (Sie berühren den Ball immer noch nicht, also wird keine Kraft ausgeübt), und so wird der Ball langsamer und kehrt dann aufgrund einer negativen Beschleunigung zurück.
Wenn Sie diese Bewegung als Position (von Ihnen weg) vs. Zeit grafisch darstellen würden, würden Sie ein Diagramm erhalten, das der Bewegung eines Balls ähnelt, der nach oben geworfen und durch die Schwerkraft zurückgezogen wird.
Der Ball bewegt sich nach vorne, wenn die von Ihnen ausgeübte Kraft stark genug ist, um die Reibung des Tisches zu überwinden, dreht sich jedoch zu Ihnen zurück, sobald diese Kraft nachlässt und die Oberfläche des Balls auf der Oberfläche des Tisches aufliegt.
Das Problem ist genau analog zu einem sehr bekannten Problem, das in jedem guten Rotationsbuch vorhanden ist,
Was hier passiert, ist, dass der Ball eine Geschwindigkeit seines Massenmittelpunkts, Vcm, und eine Winkelgeschwindigkeit hat.
Wenn wir nun den Ball auf eine Reibungsfläche legen, liefert die Reibungskraft ein Drehmoment und eine Beschleunigung zum Massenmittelpunkt, dies geschieht bis zu dem Zeitpunkt, an dem Vcm und Omega als Vcm = Omega * R (R ist der Radius der Kugel)
Wenn dies nun geschieht, beginnt die Kugel rein zu rollen und die Reibung hört auf zu wirken,
Sagen Sie also zunächst, dass Vcm größer als die Winkelgeschwindigkeit ist, dann wirkt die Reibung in die entgegengesetzte Richtung zu Vcm und verlangsamt den Körper, wodurch Vcm verringert wird, aber gleichzeitig liefert sie ein Drehmoment an den Körper, das seine Winkelgeschwindigkeit erhöht, dies geht bis zu den beiden weiter gleich sind (Vcm und R*Winkelgeschwindigkeit)
Der Ball rutscht also zunächst nach vorne, rollt aber nach einiger Zeit rückwärts.
Ende der Geschichte, LOL
Denn der Spin des Balls ist in einem solchen Fall nicht perfekt auf den Tisch ausgerichtet. Wenn sich die Kugel so drehen würde, dass die Rotationsachse genau senkrecht zum Tisch wäre, würde sich die Kugel nirgendwo bewegen.
Stellen Sie sich zum Beispiel den Reifen eines Autos vor. Die Rotationsachse des Reifens ist parallel zum Boden, sodass die Außenfläche des Reifens gegen den Boden drückt.
Dasselbe gilt für den Ball: Wenn die Rotationsachse nicht perfekt senkrecht zur Oberfläche steht, drückt der Ball wie das Rad auf den Tisch.
Allerdings ist die Rotationsachse der Kugel bei weitem nicht parallel zum Tisch, sodass sie nur minimal schiebt.
Drehen Sie den Ball mit einer übertrieben parallelen Achse und er neigt dazu, mehr zu rollen als zu drehen.
EDIT: Im Fall des Videos ist die Rotationsachse parallel zum Tisch. Der Ball neigt dazu, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen, zu der die Unterseite des Balls drückt, genau wie die Reifen eines Autos.
DW
Sturmgesegnet