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# Física # Materia Condensada Blanda

La Ciencia Detrás de los Rebotes de Pelotas Blandas

Descubre la fascinante ciencia de cómo se comportan diferentes pelotas suaves cuando rebotan.

Gorin Benjamin, Ribe Neil, Bonn Daniel, Kellay Hamid

― 5 minilectura


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¿Alguna vez has dejado caer una pelota de tenis y la has visto rebotar? Ahora, imagina que esa pelota está hecha de algo blando o llena de líquido. ¡De eso estamos hablando aquí! Hemos mirado cómo estas pelotas suaves golpean superficies duras y rebotan o se aplastan. Esto es más que solo diversión; hay una ciencia interesante detrás.

¿Qué Pasa Cuando Estas Pelotas Golpean el Suelo?

Cuando dejas caer una pelota de goma normal, rebota porque es elástica. La energía que tenía al tocar el suelo se convierte en energía que la empuja hacia arriba. Pero con las pelotas suaves, las cosas se complican un poco. Estas pelotas pueden aplastarse, absorber algo de energía y, quizás, rebotar un poco menos eficientemente.

Diferentes Tipos de Pelotas Suaves

Vimos tres tipos de pelotas suaves: pelotas de goma, pelotas de hidrogeles y pelotas de espuma. La pelota de goma es tu típica pelota rebotante. Las pelotas de hidrogeles, en cambio, son como gelatina. Pueden aplastarse mucho sin romperse porque están hechas de un tipo especial de polímero que contiene agua. Por último, las pelotas de espuma son como esponjas, pueden absorber líquidos y se deforman fácilmente al golpear algo.

¿Cómo Rebotan Estas Pelotas?

Cuando nuestras pelotas suaves golpean una superficie dura, no solo rebotan. El proceso involucra un poco de aplastamiento y pérdida de energía. Puedes imaginarlo así: si la pelota fuera una persona, sería esa amiga que tarda mucho en levantarse después de caerse. La forma en que se comportan estas pelotas depende de qué tan rápido se dejan caer y de qué están hechas.

Disipación de energía - ¿Qué Es Eso?

La disipación de energía es una forma elegante de decir que se pierde algo de energía durante el rebote. Para las pelotas de goma, no se pierde mucha energía, por eso rebota casi hasta su altura original. Pero para las pelotas más suaves, un trozo de esa energía se va en aplastar la pelota y puede que no regrese en el rebote.

Las Tres Maneras Principales en Que Se Pierde Energía

  1. Adhesión Capilar: Este es un término elegante para cuando películas de líquido hacen que la pelota se adhiera a la superficie. Imagina intentar despegar una etiqueta mojada de la mesa. Es similar con nuestras pelotas cuando tienen líquido en ellas.

  2. Disipación Viscosa: Esto sucede cuando la película de líquido entre la pelota y la superficie se aplasta. Cuando la pelota se aplasta, el líquido no puede escapar lo suficientemente rápido y eso causa pérdida de energía. Es como intentar sacar pasta de dientes de un tubo; ¡cuanto más presionas, más desorden se hace!

  3. Disipación Poroelástica: Este es nuestro nuevo amigo en la ecuación. Se trata de cómo se comporta la estructura interna de la pelota cuando se deforma. Piensa en ello como una esponja que intenta dejar pasar agua mientras se aplasta.

La Aventura de Rebote de las Pelotas de Hidrogel

Las pelotas de hidrogel han sido las estrellas de muchos estudios porque pueden aplastarse mucho sin romperse. Cuando estas pelotas golpean una superficie, pueden absorber mucha energía, y la forma en que rebotan depende de qué tan rápido fueron soltadas. A diferencia de las pelotas de goma, cuanto más tiempo pasan en la superficie, más pegajosas se vuelven. ¡Es como si solo quisieran quedarse y no soltar!

Pelotas de Espuma - Los Hermanos Aplastables

Las pelotas de espuma también son curiosas. Son más grandes y pueden contener diferentes tipos de líquidos. Cuando estas pelotas golpean una superficie, tienen mucho en acción. Se aplastan, el líquido dentro se mueve, y se comportan de manera diferente dependiendo de qué tan espeso o delgado sea el líquido.

Investigación y Experimentos

Para averiguar cómo funciona todo esto, los investigadores hicieron muchos experimentos. Soltaron estas pelotas desde diferentes alturas y midieron qué tan alto rebotaban. Usaron cámaras especiales para capturar toda la acción. Los hallazgos mostraron que las pelotas suaves, especialmente las de hidrogel y espuma, se comportaban bastante diferente de las de goma.

Los Resultados Sorprendentes

Lo que fue fascinante descubrir es que, contrariamente a lo que uno podría pensar, golpear el suelo más rápido no siempre significa un rebote más alto. ¡Los patrones de pérdida de energía indicaron que caídas más rápidas podrían ayudar a las pelotas a rebotar mejor en algunos casos, debido a una combinación de los factores mencionados anteriormente!

Aplicaciones Prácticas

¿Por qué nos importa todo esto? Bueno, entender cómo rebotan estas pelotas y a dónde va la energía puede ayudar a diseñar nuevos amortiguadores, cojines y otros materiales que necesiten manejar impactos bien. Así que, la próxima vez que pienses en lanzar una pelota, recuerda que hay mucha ciencia detrás de ese acto sencillo.

Conclusión

Al final, nuestro estudio sobre pelotas suaves golpeando superficies duras revela un mundo de interacciones complejas que son tanto divertidas como fascinantes. Desde goma hasta hidrogel y espuma, cada material tiene sus propias peculiaridades cuando se trata de rebotar. Así que, ya sea que estés jugando un juego o solo dejando caer una pelota por diversión, estás siendo testigo de una física bastante interesante en acción.

¡Está claro que las pelotas que rebotan pueden parecer simples, pero la ciencia detrás de ellas es todo menos eso!

Fuente original

Título: Impacts of poroelastic spheres

Resumen: We study experimentally the impact on rigid surfaces of different soft porous solids saturated with liquid: hydrogel balls and liquid-saturated foam balls. The static con tact of such soft solids with the substrate is well described by Hertz contact theory. However, their rebound behavior can only be explained by invoking a variety of dissipa tion mechanisms. We find that the restitution coefficient of soft porous balls generally increases with the impact velocity. We propose that this behavior can be explained by a combination of three wet dissipation mechanisms: capillary adhesion, viscous dissipa tion in a liquid film between the ball and the substrate, and poroelastic dissipation due to porous flow inside the ball. While the first two dissipations are known, we present a new theory for poroelastic dissipation, and show that it allows experimental data for saturated foam balls to be reduced to a master curve against a suitably normalized impact velocity. The understanding of this dissipation mechanism with its dependence on both permeability of the porous solid and liquid viscosity can open the way towards engineering a new generation of shock absorbers and cushions.

Autores: Gorin Benjamin, Ribe Neil, Bonn Daniel, Kellay Hamid

Última actualización: 2024-11-08 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2411.05891

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.05891

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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