Was ist der Mechanismus des Wärmeaustauschs eines springenden Balls?

Stellen Sie sich einen fallenden Ball auf einem perfekt harten Boden vor.

Die kinetische Energie wird zuerst in eine Verformung des Balls umgewandelt, dann wird der Ball sie wieder in kinetische und Wärmeenergie umwandeln und seine vorherige Form wiedererlangen.

Warum würde ein Teil der Verformungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt? Ist die Frage, wie schnell diese Energie wiederhergestellt wird?

Stellen Sie sich zwei Wiederherstellungssituationen vor:

  1. während des Anlehnens an den Boden, und

  2. während und nach dem Anlehnen an den Boden

Vielleicht ist es so, dass man sich in der zweiten Situation nicht mit aller Kraft auf den Boden lehnen kann, um den Ball zurückzudrängen. Aber wie entsteht die Wärme?

Könnten Sie nicht die kinetische Energie des Balls vor und nach der Kollision vergleichen, um zu berechnen, wie viel Prozent der ursprünglichen mechanischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden? Vorausgesetzt natürlich, Sie hätten den Restitutionskoeffizienten für die Kollision erhalten.
Ich mache keine Experimente. Es ist nur ein theoretisches Denken. Außerdem würde ich gerne den Mechanismus der Wärmeerzeugung kennen. Bitte nicht entfernen.
Dann könntest du es so machen. Vergleichen Sie die kinetische Anfangs- und Endenergie. Betrachten Sie einige Daten.
Und nein, es geht nicht darum, wie schnell die Energie wiederhergestellt wird, sondern wie viel davon wiederhergestellt wird. Kollisionsdauern sind theoretisch sehr schwer zu analysieren.
:) Das verwirrt mich
Sie könnten eine separate Frage zur Modellierung von Kollisionen unter Berücksichtigung ihrer Dauer stellen. Dieser ist fertig.
Bitte entfernen Sie meine Frage zur Wärmeerzeugung nicht.
Ich kann sowieso nicht. Wenn die Antwort in Ordnung ist, dann fahren Sie fort.

Antworten (2)

Für die Frage, warum eine Verformung eines springenden Balls einen Teil der Energie des Systems in Wärmeenergie umwandeln würde, muss man sich überlegen, welche Wärme tatsächlich in dem Ball steckt. Wärme wird in Form von Schwingungen der Atome, aus denen der Ball besteht, auf den Ball übertragen. Wenn eine Kollision auftritt, wird die Kugel komprimiert, und bei der Wiederherstellung bleiben einige Vibrationen übrig. Betrachten Sie das folgende System:

Nehmen wir an, Sie machen aus einem System von Federn ein Objekt, halten es hoch und lassen es auf den Boden fallen. Wenn das System auf den Boden fällt, werden die Federn komprimiert, dann prallen sie zurück und befördern das Objekt wieder in die Luft, aber es kommt nicht so hoch zurück, wie es ursprünglich begonnen hat. Die Frage ist also, was ist während dieses Prozesses passiert?

Nun, der Aufprall wird die Energie des Systems in den Federn als potentielle Energie speichern. Wenn sich die Quellen erholen, wird die potenzielle Energie dann in neue Energiearten umgewandelt. Eine Art von Energie ist die Energie, die es vor dem Aufprall hatte, nämlich die kinetische Energie des fallenden Systems. Die Wiederherstellung der Feder wird jedoch auch einen Teil dieser Energie in Wellen (und Schwingungen) im gesamten Federsystem umwandeln. Denken Sie daran, einen Slinky zu dehnen und dann nur einen Teil davon zu komprimieren. Wenn Sie loslassen, kehrt es nicht nur in seine ursprüngliche Form zurück, sondern sendet stattdessen eine Welle über die Länge des Slinkys. Diese Wellen prallen um das System herum, bis es das Gleichgewicht erreicht, und diese Energie wird nicht wieder in die ursprüngliche kinetische Energie umgewandelt, was bedeutet, dass das System nicht auf seine ursprüngliche Höhe zurückprallt.

Es ist typisch, die Analogie der Modellierung von Wechselwirkungen zwischen Atomen in Festkörpern als viele Massen zu verwenden, die in einem komplizierten Federsystem verbunden sind. Das Analogon der Federkonstante hängt davon ab, wie stark die Bindungen der Atome im Festkörper sind, und unterschiedliche Werte dieser "Federkonstante" bestimmen, wie schnell sich Wellen durch das System ausbreiten.

Wenn ich das richtig verstehe, gewinnt die Atommatrix des Balls an Schwingung (Energie), und da Atome so klein und zahlreich sind (und aufgrund von Quanteneffekten chaotisch?), Ist diese Schwingungsenergie als kinetische Nettoenergie (Geschwindigkeit des Balls) nicht rückgewinnbar und verteilt sich zufällig überall (dh erhöhte Wärme). Folgefrage: Ist der prozentuale Verlust an kinetischer Energie (durch diese Wärme) bei einem Aufprall mit höherer Geschwindigkeit normalerweise mehr oder weniger?

Vorausgesetzt, Sie haben den Restitutionskoeffizienten erhalten oder können ihn berechnen e für die Kollision, könntest du finden K ich die kinetische Energie vor dem Stoß und K F die kinetische Energie nach dem Stoß. Dann ist der Teil, der in Wärme umgewandelt wurde:

H = Δ K = K F − K ich

Und in Prozent,

% H = Δ K K ich ∗ 100 %

Was ist der Mechanismus des Wärmeaustauschs eines springenden Balls?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v