Por que uma bola de borracha se recupera enquanto uma bola de ferro não?

1 semana ago
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Seja entretendo-se em uma tarde chuvosa, jogando uma bola na parede ou assistindo a um emocionante jogo de beisebol, todos nos divertimos de inúmeras maneiras com este brinquedo esférico banal. O mais agradável de todos, no entanto, pode estar saltando uma bola de borracha com muita força e observando-a em todas as direções. Infelizmente, você não pode se divertir tanto com uma bola de plástico ou metal.

Isso levanta a questão, é claro, o que faz uma bola de borracha tão especial? Por que as bolas de borracha são os melhores brinquedos? Existem dois fatores que contribuem para a agitação; uma é a elasticidade do material a partir do qual a bola é feita e a outra está relacionada com a interação entre a força na qual ela é rebatida e essa elasticidade.

O que faz borracha elástica?

Elasticidade refere-se à prontidão / rapidez com que um material retorna à sua forma original após ser comprimido ou esticado. A borracha é feita de longos fios emaranhados de carbono presos em diferentes pontos ao longo de seu comprimento a outras cordas de carbono. Como tal, a borracha tem ligações moleculares muito fortes. As longas cadeias moleculares da borracha podem girar fisicamente em torno das ligações químicas que as mantêm unidas, o que resulta na propriedade da flexibilidade. Isso ajuda a borracha a momentaneamente deformar sua forma sem quebrar. Como as cadeias moleculares são reticuladas, a borracha pode retornar rapidamente à sua forma original após a deformação.

source: "RubberSyn & Natural" por Smokefoot - Trabalho próprio.  Licenciado sob CC BY-SA 3.0 via Commons - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RubberSyn%26Natural.png#/media/File:RubberSyn%26Natural.png

fonte: “RubberSyn & Natural” por Smokefoot – trabalho próprio. Licenciado sob CC BY-SA 3.0 via Commons https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RubberSyn%26Natural.png#/media/File:RubberSyn%26Natural.png

A Física da Queda

Sempre que um objeto é levantado do chão e elevado a uma certa altura, o trabalho é feito contra o peso do objeto, que é armazenado como energia gravitacional potencial. Quando o objeto – neste caso, uma bola de borracha – é liberado e cai no chão, a força da gravidade atuando na esfera faz com que ela acelere, convertendo a energia potencial em energia cinética. Pouco antes de a bola colidir com a superfície, toda a energia potencial é convertida em energia cinética.

No nível molecular, quando a bola entra em contato com a superfície do solo ou da parede, os cordões moleculares da esfera são comprimidos ou esmagados pela força descendente que atua sobre ela, juntamente com a força ascendente exercida pelo solo. A bola muda de forma de um círculo para um oval. À medida que a bola muda de forma, a força produzida pelas ligações, que mantêm os diferentes fios de borracha juntos, torna-se maior.

Mudanças após o impacto

Após o impacto, a bola pára abruptamente, mas ainda possui uma grande quantidade de energia cinética. Alguma quantidade de energia que a bola contém é absorvida pela superfície, mas o restante tem que ir a algum lugar, então ela é armazenada como energia elástica. Novamente no nível molecular, a força descendente nos fios diminui, enquanto a força exercida pelas ligações aumenta, o que faz com que os fios recuperem sua forma original. Leva um tempo muito curto para que a bola pare completamente, após o que a energia elástica da bola é liberada e a bola encena uma força no solo. Existe uma força igual e oposta na bola no sentido ascendente (a Terceira Lei de Newton), que faz com que ela se balance. A conversão da energia elástica em cinética faz com que ela se eleve contra o solo. Em outras palavras, ele volta ao ar!

No caso de uma bola de plástico ou metal, o material não é elástico, embora tenha a mesma quantidade de energia cinética. A superfície que a bola atinge absorverá a maior parte da energia no momento do impacto e, uma vez que o material não é elástico, ele não será comprimido ou remodelado, o que lhe daria a quantidade necessária de força para subir (saltar). Além disso, a transferência de energia cinética para a superfície da parede levará a um entalhe ou a um buraco na parede, já que a força não tem para onde ir!

A superfície também é importante. Se a mesma bola de borracha for rebatida de um tapete, ela não subirá nem quicará na mesma altura de quando jogou em terra firme. O tempo que leva para a bola parar é mais longo, devido à compressibilidade do carpete, o que significa que mais força é transferida para o carpete, deixando assim menos força para a “recuperação”.

Agora que você conhece a ciência da elasticidade, tente saltar algumas coisas de suas paredes e veja o que acontece!

Referências:

Wikipedia
Instituto de Tecnologia de Massachusetts
Hiper Física
Exploratorium

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