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¿Por qué no todos los objetos rebotan como pelotas de goma?

Algunas cosas no rebotan como las pelotas de goma. Por ejemplo, los libros no rebotan mucho cuando se dejan caer.

¿Por qué es que algunas cosas rebotan y otras no?

92voto

zion Puntos 4

Debido a que el rebote requiere que el objeto sea elástico, poco después de que se deforme, su forma debe volver a la que tenía antes de deformarse.

Para que un objeto rebote 1 la secuencia de eventos sería la siguiente:

  1. el objeto va a tocar la superficie, teniendo una energía cinética $E$
  2. el objeto se deforma ( no se rompe, no explota, no se incendia, etc. ) y su energía cinética se transforma en la energía interna.
  3. no hay (o es insignificante) pérdida en la energía interna recién ganada, es decir, no se disipa (o se disipa muy poco) en forma de calor, vibración, etc. (supongo que podría haber otra forma de disipación...)

Si se pasan todos los pasos anteriores, el objeto tiene que "des-deformarse" - la energía interna ganada por la deformación y no perdida en el paso 3 se está convirtiendo de nuevo en la energía cinética. Ahora tiene su energía cinética de vuelta, y por lo tanto tiene la velocidad para subir de nuevo.

Para poder rebotar, un objeto debe "pasar" todos los pasos anteriores.

En otras palabras los objetos rebotan, si hay deformación y es elástico no plástico o viscoso y la mayor parte de la energía potencial elástica se realiza en la aceleración de todo el objeto en la dirección opuesta.

Veamos tres objetos diferentes: una pelota de goma, una pelota de plastilina y un libro, y veamos cómo se comportan.



Bueno, cualquiera de ellos puede pasar el primer paso ya que tienen la velocidad. Ahora caerán al suelo.



Las pelotas pasan el segundo paso, ellos deformar en un grado diferente. Un libro principalmente no rebota porque su forma favorece otros modos de propagación de la energía - disipación por medio de la vibración. Por lo tanto, el libro ya no es un contendiente.

¿Qué hay de el tercer paso ? La bola de plastilina le falla - su energía interna ganada se perdió en su mayor parte por ser transformada en energía térmica.

Así que, de tres objetos, sólo la bola de goma rebotará.

Como un ejemplo adicional, se podría considerar la tercera, bola de acero (no la dibujamos aquí :). Ciertamente se deformaría menos que la bola de goma, pero aún así rebotaría bastante bien. 2


1 - Esta respuesta está considerando un sistema donde la superficie del suelo no se deforme. Si hay un trampolín en lugar del suelo y un objeto no se adhiere a él una vez que cae sobre él, rebotará. Si hay arena en lugar de una superficie dura, cualquier objeto que caiga en la arena se comportará como un objeto que cae en la superficie dura y falla el 3er paso

2 - Ver " Aclarando la definición real de elasticidad. ¿Es el acero realmente más elástico que el caucho? "

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John Sten Puntos 19

Añadiendo a las excelentes respuestas de Nicael y Dzuris, pensé que valía la pena entrar en más detalles sobre exactamente por qué algunos objetos elásticos no rebotan en un lugar donde sí lo hacen las bolas de goma. Nótese que todas las consideraciones aquí son bastante simétricas: A menudo se puede intercambiar "piso" y "pelota", o considerar dos pelotas. La que está en peligro de ser deformada plásticamente es intercambiable; ambas deben sufrir exclusivamente una deformación elástica.

Un buen ejemplo son las bolas de acero. Mirando La cuna de Newton deja claro que el acero es - de alguna manera contra la intuición - elástico; se pierde muy poca energía en cada rebote. Sin embargo, las bolas de acero no rebotan bien en lugares donde super bolas o las pelotas de ping-pong, por ejemplo en el asfalto o en el suelo de madera de su sala de estar.

La razón es que el "coeficiente de elasticidad" del acero es muy alto, lo que significa que se necesita mucha fuerza para deformarlo elásticamente. Mucho antes de que se alcance la fuerza que deformaría significativamente el acero, tienes una abolladura permanente en la madera dura o en el asfalto: la energía de la bola se ha utilizado para dañar el suelo en lugar de comprimir elásticamente la bola. Es importante que una bola de acero masiva sea pesada, generando las altas fuerzas que dañan el suelo. Pensaría (aunque nunca lo he intentado) que una bola masiva de aluminio rebotaría en superficies como el hormigón donde una bola de acero no lo haría, sólo porque las fuerzas generadas no dañan tanto el suelo.

Generalmente una pelota rebotará si el material es elástico, y si las fuerzas que actúan en la superficie del suelo permanecen más pequeñas de lo necesario para deformar plásticamente - es decir, dañar - el suelo. En ello influyen los siguientes factores (además de tener un balón elástico):

  • Un bajo coeficiente de elasticidad de la bola (es decir, una bola "blanda"), aumentando la superficie de impacto y, por lo tanto, disminuyendo la fuerza por área en el suelo.

  • Una baja densidad (una pelota de ping-pong rebotará en muchas superficies donde ni siquiera una superpelota lo hará), lo que de nuevo conduce a una menor fuerza de impacto general.

  • Una superficie de suelo duro, lo suficientemente duro para soportar las fuerzas de impacto: Una pequeña bola de acero puede rebotar en un suelo de mármol o granito, pero no en uno de tiza.

  • Baja velocidad de impacto. Una bola de acero puede rebotar eficientemente en una superficie de mármol cuando se deja caer desde unos pocos pies, pero no cuando se le dispara con un arma.


18voto

Carl Norum Puntos 1856

El objeto que cae tiene energía cinética. Esa energía irá a algún lugar en el momento del impacto. ¿Adónde? Eso depende de los objetos que colisionan (sí, depende tanto del objeto que cae como de la superficie de aterrizaje).

A veces el objeto se deforma - ¡lanza una bola de arcilla contra la pared! La mayor parte de la energía se gasta en deformar el objeto y así se traduce en energía térmica. Algunos objetos incluso se rompen.

Otras veces el suelo (o la mesa, u otra superficie) podría deformarse. Por eso nada rebota en una almohada. Por eso es que cosas más ligeras que se deforman (bola de goma) rebotarán en el suelo, pero una roca no lo hará (la energía irá a dañar el suelo).

Pero a veces los objetos (o uno de ellos) se deforman de una manera (llamada deformación elástica ) que almacena la energía de forma reutilizable (lo llamamos energía potencial ). Piensa en ello como un resorte. Cambiará de forma y almacenará esa energía en la nueva forma, pero después recuperará (quizás sólo en parte) la forma anterior devolviendo la energía almacenada como energía cinética. Así el objeto rebota - la energía fue almacenada durante las deformaciones y es devuelta. Puede ser el "suelo" que lo hace (el ejemplo del trampolín) o puede ser el objeto (como una pelota de goma).

A veces la deformación puede ser invisible a simple vista - las bolas de billar no parece que se deformen, pero rebotan bien entre sí ya que sufren casi sólo una deformación elástica. Sin embargo, si se deja caer una en el suelo, no rebotará tanto: probablemente deformará plásticamente el suelo.

7voto

Ohnomydisk Puntos 26

Se trata principalmente de elasticidad .

Si dejas caer una bola de goma, al chocar, se deforma. Deja de ser una esfera perfecta y empieza a ser una especie de esfera comprimida, por un momento. Entonces su estructura se reafirma, con el extremo comprimido lanzándolo de nuevo hacia arriba como un resorte.

Los libros no se deforman mucho a nivel macroscópico, así que no rebotan.

Algunas cosas, por ejemplo un trozo de arcilla, se deforman cuando se dejan caer, pero como no reafirman significativamente su estructura después, no rebotan significativamente. Además, cosas como la arcilla tienden a adherirse a algunas superficies, causando resistencia a cualquier pequeño rebote potencial.

Pero si realmente quieres hacer rebotar algo que normalmente no rebota, ¡puedes usar un trampolín! Se deformará en el momento de la colisión y luego reafirmará su estructura, lanzando al aire libros que no rebotan.

1 votos

Tuercas... Esperaba que Google Images tuviera una animación .gif de un libro rebotando en un trampolín.

0 votos

No me he dado cuenta de tu respuesta mientras preparaba la mía y dibujaba las fotos; ¡tengo un +1 ya que eres el primero!

0 votos

¡@nicael Ohh muy bonito! ¡+1 por las fotos!

4voto

Eelco Hoogendoorn Puntos 160

Lo que no cubre la explicación actualmente más votada por @nicael, y lo que creo que es una pregunta que los libros de texto también ignoran hasta donde he visto, es por qué una bola de acero no rebota como una bola de goma, cuando es lanzada sobre una superficie dura. No es porque una bola de acero en condiciones típicas se deforme plásticamente; ni porque tenga un coeficiente de amortiguación particularmente alto.

Entonces, ¿a dónde va la energía? Bueno, dejar caer una bola de acero en un suelo de piedra es mucho más ruidoso que hacer lo mismo con una bola de goma. Si la superficie o la bola tiene una baja elasticidad no se genera mucho ruido; pero cuando la velocidad de propagación de la onda en ambos objetos que chocan está razonablemente bien igualada, mucha de la energía de impacto será irradiada; el efecto primario aquí es la excitación de las ondas de Rayleigh de la superficie de los sólidos; lo que a su vez conduce a vibraciones audibles del aire.

Es decir, la bola de acero no es más ruidosa porque el aire es perturbado más o de manera muy diferente directamente en el punto de impacto en comparación con un impacto de goma, sino porque las ondas de la superficie sólida que se propagan lejos del punto de impacto serán más intensas y excitarán más el aire.

Así que mientras que la respuesta dada es correcta para los libros (son muy disipativos), bastantes cosas necesitan unirse para un rebote exitoso, y una bola de acero es una bestia bastante diferente.

0 votos

Me encanta que menciones el ruido :)

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