¿Por qué la pelota de goma rebota y la de hierro no?

Supongamos que hay dos pelotas, una de goma y la otra metálica. Son de la misma masa y se lanzan contra una pared con la misma velocidad. ¿Por qué una pelota de goma rebota mientras que una pelota metálica simplemente cae después de golpear la pared? Sé que tiene que ver algo con el cambio en el momento lineal y su elasticidad, pero ¿qué?

Respuestas (4)

Si usa una ventana de vidrio en lugar de una pared, encontrará que las bolas de goma y de hierro rebotan en una cantidad similar (aunque tenga cuidado al lanzar bolas de hierro a las ventanas :-).

Es un principio básico de la física que la energía no se puede perder. La pelota de goma comienza con energía cinética, golpea la pared y rebota moviéndose con aproximadamente la misma energía cinética. Así que no se pierde energía. Si la bola de hierro no rebota, debe significar que la energía que tenía originalmente se ha transferido a la pared.

Las pelotas de goma son suaves, por lo que desaceleran con relativa lentitud y se deforman y se extienden cuando golpean la pared. Esto significa que la presión que ejercen sobre la pared mientras rebotan es relativamente baja. Por el contrario, una bola de hierro es muy dura, por lo que se detiene muy repentinamente y toda la fuerza que ejerce sobre la pared se concentra en un área pequeña. Eso significa que la presión es lo suficientemente alta como para dañar la pared. Podría causar una abolladura visible, o podría causar grietas dentro de la pared que no puedes ver. En ambos casos se usa energía para dañar la pared, y esta energía proviene del movimiento de la pelota. Eso significa que queda poca energía para que la bola de hierro rebote.

Empecé diciendo que la bola de hierro rebotaría en el cristal. Esto se debe a que la placa de vidrio es muy rígida y, siempre que no se rompa, la bola de hierro no daña el vidrio. Dado que el vidrio no absorbe energía, la bola de hierro rebota al igual que la bola de goma.

bien, ¿y si fuera una bola metálica en lugar de una de hierro?
Mi libro dice que esto sucede porque la pelota de goma sufre un mayor cambio en el momento lineal.
@shauryagupta: la propiedad importante es la rigidez y la densidad de la bola, por lo que el acero, el níquel y el metal serían bastante similares al hierro. Las bolas de vidrio o plástico duro tienen una rigidez similar pero pesan menos, por lo que dañarían menos la pared y rebotarían más. El momento lineal es simplemente la masa de la pelota multiplicada por su velocidad. El impulso final es el resultado de la física del rebote, no su causa.
¡No pesan menos, mencioné que la masa sigue siendo la misma!
@shauryagupta Tu libro está mal o lo estás leyendo incorrectamente. La pelota de goma sufre un mayor cambio en el momento lineal porque su velocidad final es mayor que la de la pelota de hierro y porque esta velocidad es de dirección opuesta (suponiendo que no haya componentes laterales). No es al revés.
Imagínese si la pared es de vidrio que no se verá afectada en absoluto. Tanto la bola de hierro como la de goma rebotan. Pero habrá una diferencia en sus caminos después de golpear, considerando el hecho de que tenían el mismo impulso antes de golpear la pared... por ejemplo, como se muestra en este video: [enlace] youtube.com/watch?v=bX8d0YTPvcY
@shauryagupta: ese video parece un render CGI, no un experimento real
La página de YouTube dice que es una animación. ¡Ahora podemos probar toda la física Roadrunner-Coyote!
Además del daño que ralentiza las bolas, la energía también puede convertirse en calor en la superficie y las bolas. ¿Qué ecuaciones puedo usar para modelar esta pérdida de energía durante las colisiones no elásticas?

Porque necesita que el "rebote" tenga una deformación reversible tanto de la pelota como de la pared.

Para la pelota de goma, la pelota se deforma elásticamente y la pared no; todo esto es reversible.

Para la bola de metal, la bola no se deforma en su mayor parte, pero la pared se raya de alguna manera debido al impacto más localizado (como resultado de que la bola no está dispuesta a cambiar de forma); esto consume la energía cinética de la pelota.

Usa una bola de hierro en una pared de hierro y notarás un rebote casi perfecto.

Acabo de usar, pero teniendo en cuenta que la velocidad es lo suficientemente baja como para que la pelota de goma rebote, pero no para la pelota metálica...
La velocidad no está tanto en duda como la capacidad de la pared para deformarse y rebotar mientras devuelve toda la energía inicial.
¿Qué pasa si la pared no se raya en absoluto?
Bueno, en ese caso significa que la pelota se raya o rebota. Sin embargo, tenga en cuenta que incluso los rasguños o golpes muy pequeños equivalen a una pérdida de energía significativa.
Pero, ¿cómo compararía el rebote de la pelota de goma y la pelota metálica considerando que el impulso antes del golpe es el mismo?
Son bastante similares en realidad. En ambos casos, la energía cinética de la pelota entrante se almacena como una deformación elástica (=reversible) de la pelota. La diferencia entre el caucho y el acero es que la magnitud de la deformación requerida para almacenar toda la energía inicial es mucho menor para el acero (el módulo de acero de Young es aproximadamente 10 ^ 4 veces mayor)

Porque una goma (o como en esta imagen una pelota de golf) puede deformarse sin romperse. La mayor deformación almacena más energía en la pelota de goma que en la de hierro.

Microscópicamente, la pelota de goma está hecha de un polímero y es muy plástica (elástica/deformable) en comparación con la pelota de hierro que tiene una estructura cristalina bastante homogénea (muy ordenada) lo que se traduce en una baja elasticidad.

¿Y cómo ayuda esa elasticidad a rebotar?
En poder deformar y almacenar la energía y luego empujar hacia atrás desde la superficie (cambio en el impulso que implica una fuerza aplicada a la pelota) para rebotar.

Se debe a que la pelota de goma tiene menos elasticidad debido a que cuando golpea la pared ejerce un gran impulso que la pelota de hierro, por lo que rebota más que la pelota de hierro.

¿Por qué la pelota de goma rebota y la de hierro no?
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