¿Cuál es el mecanismo de intercambio de calor de una pelota que rebota?

Imagina una pelota que cae sobre un suelo perfectamente duro.

La energía cinética se convertirá primero en una deformación de la pelota, luego la pelota la restaurará en energía cinética y térmica y recuperará su forma anterior.

¿Por qué una parte de la energía de deformación se convertiría en energía térmica? ¿El problema es qué tan rápido se restaura esa energía?

Imagina dos situaciones de restauración:

  1. durante el apoyo al suelo, y

  2. durante y después de apoyarse en el suelo

Tal vez se dé el caso de que, en la segunda situación, uno no pueda usar toda la energía para apoyarse en el suelo para empujar la pelota hacia atrás. Pero, ¿cómo se produce el calor?

¿No podrías comparar las energías cinéticas de la pelota antes y después de la colisión para calcular qué porcentaje de la energía mecánica original se convirtió en energía térmica? Suponiendo que le hayan proporcionado el coeficiente de restitución por la colisión, por supuesto.
No estoy haciendo experimentos. Es solo un pensamiento teórico. Además, me gustaría saber el mecanismo de creación de calor. Por favor, no lo elimine.
Entonces así es como podrías hacerlo. Compara las energías cinéticas inicial y final. Considere algunos datos.
Y no, el problema no es qué tan rápido se restaura la energía, sino cuánto se restaura. La duración de las colisiones es muy difícil de analizar teóricamente.
:) Eso me desconcierta
Podría hacer una pregunta separada sobre el modelado de colisiones teniendo en cuenta su duración. Este está hecho.
Por favor, no elimine mi pregunta sobre la forma de creación de calor.
No puedo de todos modos. Si la respuesta es correcta, entonces sigue adelante.

Respuestas (2)

Para la pregunta de por qué la deformación de una pelota que rebota convertiría parte de la energía del sistema en energía térmica, debe pensar qué calor hay realmente en la pelota. El calor se transferirá a la pelota en forma de vibraciones de los átomos que la componen. Cuando ocurre una colisión, la bola se comprime y, al restaurarse, quedarán algunas vibraciones. Considere el siguiente sistema:

Digamos que haces un objeto con un sistema de resortes, lo sostienes y lo dejas caer al suelo. Cuando el sistema cae al suelo, los resortes se comprimirán, luego rebotarán y devolverán el objeto al aire, pero no volverá a subir tan alto como originalmente comenzó. Entonces, la pregunta es, ¿qué pasó durante este proceso?

Bueno, el impacto va a almacenar la energía del sistema en los resortes como energía potencial. A medida que los manantiales se restauran, la energía potencial se convertirá en nuevos tipos de energía. Un tipo de energía es la energía que tenía antes del impacto, que es la energía cinética del sistema que cae. Sin embargo, la restauración del resorte también convertirá parte de esa energía en ondas (y oscilaciones) en todo el sistema del resorte. Piense en estirar un slinky y luego comprimir solo una parte de él. Cuando lo sueltes, no solo volverá a su forma original, sino que enviará una onda a lo largo del slinky. Estas ondas rebotarán alrededor del sistema hasta que alcance el equilibrio, y esta energía no se volverá a convertir en la energía cinética original, lo que significa que el sistema no volverá a su altura original.

Es típico usar la analogía de modelar interacciones entre átomos en sólidos como muchas masas conectadas en un complicado sistema de resortes. El análogo de la constante de resorte estará relacionado con la fuerza de los enlaces de los átomos en el sólido, y los diferentes valores de esta "constante de resorte" determinarán qué tan rápido se propagan las ondas a través del sistema.

Si entiendo correctamente, la matriz atómica de la pelota gana oscilación (energía), y dado que los átomos son tan pequeños y numerosos (¿y caóticos debido a los efectos cuánticos?), la energía de oscilación es irrecuperable como energía cinética neta (velocidad de la pelota) y se disipa aleatoriamente por todas partes (es decir, aumenta el calor). Pregunta de seguimiento, ¿el% de energía cinética perdida (a este calor) es típicamente más o menos para un impacto de mayor velocidad?

Siempre que se le haya facilitado o pueda calcular el coeficiente de restitución mi para la colisión, podrías encontrar k i la energía cinética antes del choque y k F la energía cinética después de la colisión. Entonces la parte que se transfirió en calor es:

H = Δ k = k F − k i

Y como porcentaje,

% H = Δ k k i ∗ 100 %

¿Cuál es el mecanismo de intercambio de calor de una pelota que rebota?
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