Физика на одбиени топки GoTec
Проучувањето на механиката на одбивање топки е одличен начин да научите основна физика.
Сите можеме да се потсетиме на сеќавањата од детството и да најдеме одбиена топка на некој облик или начин. Без разлика дали сме играле фудбал со пријатели или сме фрлиле тениско топче до wallидот. Сите сме играле со овие играчки што отскокнуваат.
Додека топчињата се прилично незабележителни предмети за повеќето луѓе, тие всушност служат како интересен камен за да дознаете за многу интересни физички појави. Забрзување, брзина, енергија; сето ова може да се научи со проучување на физиката зад топките што се одбиваат.
Во секое отскокнување на топката во суштина има седум фази во кои дејството може да се подели за време на движењето, пред, за време и по истрагата на влијанието.
Прво ќе ги разгледаме седумте поедноставени фази на отскокнување на топката, игнорирајќи ја секоја надворешна сила освен гравитацијата. Stepе го разложиме секој чекор детално со равенки и да (за физичарите меѓу вас) многу поедноставивме. Ве молиме проверете не. Еден мал паѓач: ако ви треба подлабоко разбирање, видеото подолу ќе биде само билетот.
Ниво 1: Паѓа
Првата фаза е молење на секоја топка, во која потенцијалната енергија од висината на топката се претвора во кинетичка енергија со забрзувањето на гравитацијата. Во поедноставен случај, топката паѓа според гравитацијата, која секогаш е насочена директно надолу. На земјата ова гравитационо забрзување е 9,8 m/s2 (g = 9,8 m/s2). Ова во суштина значи дека брзината на топката е забрзана за 9,8 m/s во секунда на падот.
Фаза 2: прв контакт
Првата фаза на контакт е токму тоа; кога топката едвај е во контакт со површината на земјата. И понатаму ќе паѓа под влијание на гравитационото забрзување, но сега на топката ќе дејствува нормална сила од површината на земјата спротивставена на силата на гравитацијата.
Ниво 3: забавување/негативно забрзување
По првиот удар, топката се забавува брзо или се забрзува во негативна насока. Брзината на топката е сè уште насочена надолу како што се деформира, но забрзувањето на топката почнува повторно да се насочува кога силите од реакцијата ќе ја надминат гравитацијата, што во едноставни термини значи дека топката се турка кон земјата со сила тоа е поголемо од сопствената тежина, така што забрзувањето мора да биде насочено нагоре.
Ниво 4: Максимална деформација
По фазата на забавување, топката ја достигна својата максимална деформација. Во овој момент брзината е нула, а векторот на забрзување е насочен нагоре. Ова е најниската точка на топката и нејзината максимална деформирана точка. Ако претпоставиме дека топката е целосно еластична и ги игнорираме другите загуби на енергија како што се звукот и топлината, тогаш по овој момент топката би се вратила на првичната висина на пад.
Фаза 5: Почетен скок
Во оваа фаза, топката го започнува своето патување назад до почетната точка. Нејзините вектори на брзина и забрзување се насочени во иста насока, т.е. нагоре. Топката е деформирана помалку од максималното ниво на деформација и, поради нејзината еластичност, сега се притиска на површината со сила поголема од сопствената тежина. Ова предизвикува топката да отскокне нагоре.
Ниво 6: скок на нула контакт
Со нула скок од контакт, топката повеќе не е деформирана и едвај ја допира површината, во суштина само во една точка. Брзината ја поместува топката нагоре, но во овој момент забрзувачките прекинувачи се спротивставуваат на векторот на брзината.
Ова е затоа што еластичноста на топчето кое притиска на површината повеќе не врши сила што ја забрзува нагоре. Забрзувањето како резултат на повлекувањето на гравитацијата сега е единствената сила што дејствува на топката во совршен систем.
Ниво 7: Целосен скок
При целосно отскокнување, топката ја напушти површината и нејзиниот вектор на брзина е сè уште насочен нагоре, иако стабилно се намалува како резултат на забрзување или забавување на гравитацијата. По овој чекор, топката кулминира на нов чекор каде што нејзиниот вектор на брзина е нула и единствената сила што дејствува врз неа е гравитацијата.
Додадени променливи и специјални случаи во физиката на одбиената топка
Случајот со одбиената топка погоре е поедноставен за да се отстранат сите други сили како што се отпорноста на воздухот, несовршената еластичност, вртењето, триењето и моќта од првото фрлање, меѓу другото Сето ова значи дека физиката на одбиената топка станува покомплицирана од тука.
Ако топките имаат некакво вртење, како што обично се случува кога се фрлаат, и ако површината што ја погодија не е мазна, вртењето на топката се враќа однапред до после ударот. Ова се должи на силата на триење.
Кога топката погоди со вртење во една насока, силата на триење F се спротивставува на вртењето на топката. Или подобро, силата на триење е секогаш спротивна на насоката на брзината на лизгање помеѓу ротирачката топка и површината. Бидејќи силата на триење се спротивставува на вртењето на топката, таа ја свртува топката во друга насока. Исто така, предизвикува патеката на топката косо да се движи во насока на силата на триење.
Едноставно кажано: ако топката се врти во една насока кога ќе удри во wallид, триењето помеѓу топката и wallидот го надминува вртењето толку многу што го свртува својот правец на вртење.
Овој пресврт на вртење не се одвива ако топката и коефициентот на триење на wallидот не се доволно високи. Коефициентот на триење варира во зависност од материјалот и површината и во суштина е број што означува колку е расипана површина или материјал.
Во реални, не идеални сценарија, одбиените топки губат енергија и на крајот доаѓаат до застој. Сето ова се должи на силите што ги игнориравме во првиот пример. Кога топката ќе погоди wallид или површина, тоа произведува звук што претставува загуба на енергија од ударот на топката. Исто така, генерира одредена количина на топлина, уште една загуба на енергија. Триењето на theидот предизвикува загуба на енергија и влечење при движење на топката. Во суштина, топката никогаш нема да има толкав потенцијал или кинетичка енергија како што има веднаш по фрлањето или непосредно пред да погоди на површина.