Física

Quais são a física por trás das bolas quicando?

Quais são a física por trás das bolas quicando?


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Todos nós podemos olhar para trás em nossas memórias de infância e encontrar de alguma forma ou estilo uma bola quicando. Seja jogando basquete com amigos ou jogando uma bola de tênis contra a parede enquanto estávamos no chão, todos nós brincamos com esses brinquedos quicando.

Embora para a maioria das pessoas as bolas sejam objetos despretensiosos, elas na verdade servem como um trampolim interessante para o aprendizado de muitos fenômenos físicos interessantes. Aceleração, velocidade, energia; você pode aprender tudo quando começar a olhar para a física por trás das bolas quicando.

Em qualquer salto de bola, existem essencialmente sete estágios nos quais a ação pode ser interrompida durante seu movimento, antes, durante e depois do impacto ser examinado.

Vamos analisar a física das bolas quicando.

Para começar, veremos os sete estágios simplificados de um salto da bola, ignorando qualquer força externa que não seja a gravidade. Vamos decompor cada etapa em detalhes abaixo com equações, mas se você precisar de um visual mais profundo, o vídeo abaixo também irá decompor isso.

Estágio 1: Queda

O primeiro estágio é o início de cada salto da bola, onde a energia potencial da altura da bola é convertida em energia cinética por meio da aceleração da gravidade. Em um caso simplificado, a bola cai em linha com a força da gravidade, que sempre aponta diretamente para baixo. Na terra, essa aceleração da gravidade é de 9,8 m / s(g = 9,8 m / s2) Isso significa, em essência, que para cada segundo de queda, a velocidade da bola vai acelerar em 9,8 m / s.

Etapa 2: contato inicial

A fase de contato inicial é apenas isso; quando a bola mal faz contato com a superfície do solo. Ela continuará a cair sob a influência da aceleração gravitacional, mas agora, uma força normal da superfície do solo, opondo-se à força da gravidade, atuará sobre a bola. Etapa 3: Desaceleração / aceleração negativa.

Após o impacto inicial, a bola desacelera rapidamente, ou melhor, acelera em uma direção negativa. A velocidade da bola ainda aponta para baixo à medida que se deforma, mas a aceleração da bola está começando a apontar para cima à medida que as forças da reação superam a gravidade. Tudo isso significa que a bola está empurrando no solo com uma força maior do que seu próprio peso, então a aceleração deve apontar para cima.

Estágio 4: Deformação máxima

Após o estágio de desaceleração, a bola atingiu a deformação máxima. Nesse ponto, a velocidade é zero e o vetor de aceleração aponta para cima. Este é o ponto mais baixo da bola, assim como seu ponto máximo deformado. Se presumirmos que a bola é totalmente elástica e ignorar outras perdas de energia, como som e calor, a bola irá saltar de volta à sua altura de queda original após esse ponto.

Etapa 5: rebote inicial

Este estágio inicia a jornada da bola de volta ao ponto de partida. Seus vetores de velocidade e aceleração apontam na mesma direção, significando movimento ascendente. A bola está menos deformada que o estágio de deformação máxima e, devido à sua elasticidade, agora está empurrando contra a superfície com uma força maior que seu próprio peso. Isso é o que fará com que a bola quique para cima.

Estágio 6: rebote de contato zero

No rebote de contato zero, a bola não é mais deformada e mal toca a superfície, essencialmente apenas em um ponto. A velocidade está movendo a bola para cima, mas neste ponto, a aceleração muda para se opor ao vetor velocidade.

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Isso porque não há mais força da elasticidade da bola empurrando na superfície, dando-lhe uma aceleração para cima. A aceleração da gravidade, que puxa para baixo, será agora a única força agindo sobre a bola em um sistema perfeito.

Etapa 7: recuperação total

No rebote total, a bola deixou a superfície e seu vetor de velocidade ainda aponta para cima, embora encolhendo constantemente devido à aceleração ou desaceleração devido à gravidade. Seguindo esta etapa, a bola atinge o pico em uma nova etapa, onde seu vetor velocidade é zero, e a única força atuando sobre ela é a gravidade.

Adicionadas variáveis ​​e casos especiais na física da bola quicando

O caso da bola quicando acima foi simplificado para remover quaisquer outras forças como resistência do ar, elasticidade imperfeita, giro, fricção e a força de um lançamento inicial, entre outras. Tudo isso significa que a física da bola quicando fica mais complicada a partir daqui.

Quando as bolas giram, como costumam acontecer quando são lançadas, e quando a superfície em que atingem não está livre de atrito, o giro da bola se inverte de antes para depois do impacto. Isso se deve à força de atrito. Assumindo 2 dimensões para fins teóricos, você pode observar a reação abaixo.

Conforme a bola impacta com um giro em uma direção, a força de atrito F neutraliza o giro da bola. Ou melhor, a força de atrito é sempre oposta à direção da velocidade de deslizamento entre a esfera giratória e a superfície. Como a força de atrito é oposta ao giro da bola, ela torce a bola na outra direção. Também faz com que o caminho do salto da bola seja inclinado na direção da força de atrito. Em termos simplificados, quando uma bola gira em uma direção ao atingir uma parede, o atrito entre a bola e a parede supera tanto o giro que reverte sua direção de giro.

Essa reversão de giro não acontece se a bola e o coeficiente de fricção da parede não forem altos o suficiente. O coeficiente de fricção varia de acordo com o material e a superfície e é essencialmente um número que indica a aderência de uma superfície ou material.

Em cenários não ideais da vida real, as bolas quicando perdem energia e, eventualmente, param. Isso tudo se deve às forças que ignoramos no primeiro exemplo. Quando uma bola atinge uma parede ou superfície, ela faz um barulho, que é uma perda de energia com o salto da bola. Também irá gerar uma certa quantidade de calor, outra perda de energia. A fricção da parede causará perda de energia e resistência do ar enquanto a bola se desloca. Em essência, a bola nunca terá tanto potencial ou energia cinética como tinha logo depois de ser lançada ou logo antes de atingir uma superfície, dependendo do cenário.


Assista o vídeo: Educação Física - 4 ano - 2008 (Julho 2022).


Comentários:

  1. Douk

    Concordo, uma mensagem muito boa

  2. Echoid

    Eu acho que você está errado. Eu posso defender minha posição. Envie -me um email para PM, vamos conversar.

  3. Diara

    Você não está certo. Envie -me um email para PM, vamos conversar.

  4. Fera

    Peço desculpas, é claro, mas isso não combina comigo.



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