¿Qué hace que una pelota rebote hacia arriba?

Supongamos que dejo caer una pelota de goma al suelo y rebota. Estoy tratando de entender esto considerando las fuerzas y no usando el impulso, la colisión o la energía.

Eventualmente, la pelota se detendría, debido a la disipación de energía, y cuando eso sucede, la reacción normal del piso sobre la pelota sería igual al peso de la pelota, debido a la fuerza electrostática.

Sin embargo, me pregunto qué sucede antes de eso. Cuando la pelota cae por primera vez, vuelve a rebotar. Hay tres fuerzas involucradas aquí, que son relevantes. La primera es la fuerza normal ejercida sobre el piso por la pelota (indirectamente debido a la gravedad). La segunda fuerza es la reacción normal del suelo sobre la pelota (debido a la repulsión electrostática). El tercero es la fuerza de gravedad ejercida sobre la pelota por la Tierra.

Normalmente se espera que la fuerza normal sea igual al peso, como es el caso cuando la bola se detiene. Sin embargo, en este caso, la fuerza normal inicial ejercida sobre la pelota por el piso es obviamente mayor que el peso, por lo que la pelota rebota hacia arriba. Mi pregunta es, ¿cómo es eso?

¿Cómo puede la fuerza de reacción normal ser inicialmente mayor que el peso? Por favor, dígame esto sobre la base de las fuerzas actuantes, y no usando la conservación del impulso y la conservación de la energía.

Mi intuición es que hay una cuarta fuerza trabajando aquí, una que deforma la pelota cuando toca el suelo. Esta fuerza aumenta la reacción normal del suelo hacia la pelota, y la hace mayor que el peso, y es la razón por la cual la pelota rebota hacia arriba. Cada vez la pelota pierde energía, por lo que esta deformación sería cada vez menor, por lo que la reacción normal disminuiría tras cada rebote, hasta igualarse al peso.

Por favor, dígame si esta explicación es correcta para esta situación. Además, dígame si esta explicación es correcta para las colisiones en general.

Estoy tratando de ver las colisiones desde la perspectiva de la fuerza, en lugar de la perspectiva del impulso.

Respuestas (1)

La primera es la fuerza normal ejercida sobre el piso por la pelota (indirectamente debido a la gravedad).

La gravedad no es el único efecto aquí. La pelota se mueve hacia abajo cuando llega al suelo. Para dejar de moverse hacia abajo, la pelota tiene que experimentar una aceleración hacia arriba. Esta aceleración requiere una fuerza: a = F / metro . La fuerza de esta fuerza y ​​aceleración depende de la velocidad de la pelota (cuánta aceleración se requiere) y los materiales (cuánto puede deformarse la pelota).

Puede ser útil pensar en la pelota como un resorte. La fuerza que ejerce la pelota depende de la deformación, al igual que la fuerza ejercida por un resorte depende de la deformación.

Cuando la pelota toca el suelo por primera vez, la fuerza normal es pequeña, por lo que la pelota sigue acelerando hacia abajo. Después de cierta cantidad de deformación, la pelota ejerce una fuerza igual a su peso. Pero esto no detiene la pelota, solo detiene la aceleración. La pelota continúa moviéndose hacia abajo.

Al hacerlo, se comprime aún más. La fuerza normal excede el peso y la pelota comienza a perder velocidad. Esto continúa hasta que la aceleración elimina toda la velocidad descendente de la pelota. Sin embargo, las fuerzas del resorte siguen siendo mayores que la gravedad, por lo que la aceleración hacia arriba continúa. Esto es suficiente para darle una velocidad ascendente que le permita rebotar en el suelo.

Entonces, la reacción normal siempre debe ser mayor que el peso de un cuerpo que cae, para tener en cuenta esa velocidad adicional que permanece, incluso después de que la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo sea 0.

Bueno, en el instante en que la fuerza neta es cero, la fuerza normal sería igual al peso. Pero la velocidad descendente que permanece hará que la pelota se acerque más al suelo y que las fuerzas aumenten con el tiempo.

Para un objeto estacionario que se mantiene en el piso, la fuerza normal es exactamente igual al peso, ya que no hay 'velocidad adicional hacia abajo'. ¿Son correctas estas afirmaciones?

Bien. El sistema está en equilibrio. El peso se opone exactamente a la fuerza normal, por lo que el objeto no acelera.

Entonces, la reacción normal desde el suelo, cuando la pelota golpea el suelo es metro gramo + F mi yo a s t i C . La fuerza hacia abajo es sólo metro gramo . Esto le da a la pelota una velocidad hacia arriba. Mientras la pelota rebota, esta fuerza desaparece porque no hay contacto y la gravedad la vuelve a bajar. Es esto correcto ?
Si un objeto absolutamente inelástico cae al suelo y no se rompe, entonces la reacción normal del suelo debe ser ligeramente mayor que el peso del objeto, para cancelar esa velocidad descendente 'extra'. Sin embargo, eso tendría una aceleración ascendente neta que haría que el objeto rebotara minuciosamente. Pero eso no sucede, debido a la disipación de energía a través del calor o el sonido, ¿verdad? Es la razón por la que los humanos no rebotan cuando se caen al suelo.
Buena respuesta. +1 de mi parte. Sería un poco mejor considerar la pelota como un resorte con algo de amortiguación , ya que la colisión con el suelo nunca es perfectamente elástica.
Entonces, la reacción normal siempre debe ser mayor que el peso de un cuerpo que cae, para tener en cuenta esa velocidad adicional que permanece, incluso después de que la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es 0 . Para un objeto estacionario que se mantiene en el piso, la fuerza normal es exactamente igual al peso, ya que no hay 'velocidad adicional hacia abajo'. ¿Son correctas estas afirmaciones?
Se agregó un poco para incluir su comentario.
Esto tampoco tiene sentido. ¿Puede alguien explicarme por qué la pelota rebota jajaja? Si vamos a decir que la fuerza normal cuando la pelota toca el suelo es mg+F-elástica, entonces se deduce que la fuerza hacia abajo es de igual magnitud que mg+F-elástica. Ya que la razón por la cual la pelota tiene la fuerza de elasticidad hacia arriba es cuando termina de comprimirse debido a este fenómeno quiere llegar a su estado inicial. Cuando lo intenta, debe ejercer una fuerza sobre la pared (que también contribuye a la fuerza hacia abajo que ahora es Fg+Fe) y la pared sigue ejerciendo la misma fuerza.
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