고무 공과 철분의 차이점은 고무가 탄력적이고 철은 그렇지 않다는 것입니다. 고무에서 분자는 길고 엉키므로 파손되지 않고 변형 될 수 있습니다. 철에서 분자는보다 단단한 구조로 배열되어 결합 주위로 회전 할 수 없습니다.
벽에서 공을 튀기거나 흥미 진진한 야구 경기를 보면서 비오는 오후에 자신을 즐겁게하든, 우리는이 평범한 구형 장난감으로 수많은 방식으로 즐겁게 지 냈습니다. 그러나 가장 즐거운 것은 많은 힘으로 고무 공을 튀기고 모든 방향으로 돌보는 것을 보는 것일 수 있습니다. 불행히도, 당신은 플라스틱 또는 금속 공으로 거의 재미를 가질 수 없습니다.
물론 그 질문을 제기합니다. 물론 고무 공을 특별하게 만드는 이유는 무엇입니까? 고무 공이 궁극의 튀는 장난감 인 이유는 무엇입니까? 탄력에 기여하는 두 가지 요소가 있습니다. 하나는 공이 만들어지고 다른 하나는 튀는 힘과 그 탄성 사이의 상호 작용과 관련이 있습니다.
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고무에 탄성을 만드는 것은 무엇입니까?
탄성은 압축되거나 늘린 후 재료가 원래 모양으로 돌아 오는 준비/신속성을 나타냅니다. 고무는 길이를 따라 다른 지점에 다른 지점에 부착 된 길고 얽힌 탄소 줄로 만들어졌습니다. 따라서 고무는 매우 강한 분자 결합을 갖는다. 고무의 긴 분자 사슬은 화학적 결합을 물리적으로 함께 고정시킬 수 있으며, 이는 유연성의 특성을 초래합니다. 이것은 고무가 깨지지 않고 순간적으로 모양을 변형시키는 데 도움이됩니다. 분자 사슬은 가교되기 때문에 고무는 변형 후 원래 모양으로 빠르게 돌아올 수 있습니다.
출처 :Smokefoot의“Rubbersyn &Natural” - 자신의 작업. CC BY-SA 3.0을 통해 CC BY-SA 3.0에 따라 라이센스 https://commons.wikimedia.org/wiki/file:rubbersyn%26natural.png#/media/file:rubbersyn%26natural.png
떨어지는 물리학
물체가지면에서 들어 올려 특정 높이로 올라갈 때마다, 잠재적 중력 에너지로 저장되는 물체의 무게에 대한 작업이 수행됩니다. 이 경우 고무 공이 방출되어 땅에 떨어지면 공에 작용하는 중력의 힘으로 인해 잠재적 에너지를 운동 에너지로 변환합니다. 공이 표면과 충돌하기 직전에 모든 잠재적 에너지가 운동 에너지로 변환됩니다.
분자 수준에서, 공이지면 또는 벽의 표면과 접촉 할 때, 공의 분자 가닥은지면에 의해 가해지는 상향 힘과 결합 된 하향 힘에 의해 압축되거나 스쿼시된다. 공은 원에서 타원으로 모양이 변합니다. 볼이 모양이 바뀌면서 다른 고무 가닥을 함께 고정하는 결합에 의해 생성 된 힘이 커집니다.
충격 후 변경
충격에 따라 공은 갑자기 중단되지만 여전히 많은 양의 운동 에너지를 가지고 있습니다. 공이 포함 된 일부 에너지는 표면에 흡수되지만 나머지는 어딘가에 가야하므로 탄성 에너지로 저장됩니다. 분자 수준에서 다시, 가닥의 하향 힘은 감소하는 반면, 결합에 의해 가해지는 힘은 증가하여 가닥이 원래 모양을 되찾게한다. 공이 완전히 정지되기까지는 매우 짧은 시간이 걸리며, 그 후 공의 탄성 에너지가 방출되고 공은 땅에 힘을 제시합니다. 위쪽 방향 (Newton의 제 3 법칙)으로 공에 동등하고 반대의 힘이있어 튀어 나옵니다. 탄성 에너지를 운동학으로 전환하면 지상에 대항하여 상승합니다. 다시 말해, 그것은 다시 공중으로 튀어 오른다!
플라스틱 또는 금속 공의 경우, 재료는 탄력적이지 않지만 동일한 양의 운동 에너지를 가지고 있습니다. 공이 충격에 따라 대부분의 에너지를 흡수 할 수있는 표면은 비 탄성적이기 때문에 압축되거나 재 형성되지 않으므로 필요한 양의 상승을 줄 수 있습니다 (바운스). 또한, 운동 에너지를 표면으로 전달하면 벽은 벽에 찌그러짐이나 구멍이 생길 것입니다. 왜냐하면 힘은 갈 곳이 없기 때문입니다!
표면도 중요합니다. 같은 고무 공이 카펫에서 튀어 나오면 단단한 땅에서 튀어 나올 때와 같은 높이로 상승하거나 튀지 않습니다. 카펫의 압축성으로 인해 공이 휴식을 취하는 데 걸리는 시간이 더 길어 지므로 카펫으로 더 많은 힘이 전달되어“바운스 뒷면”에 대한 힘이 줄어 듭니다.
.이제 당신은 탄력의 과학을 알았으므로 벽에서 몇 가지 일을 튀기고 어떤 일이 일어나는지보십시오!
