Из какого материала надо изготовить шарик и на какую поверхность сбросить, чтобы отскок был максимальным?
тэги:
взаимодействие тел,
отскок,
физика
категория:
наука и техника
ответить
комментировать
в избранное
5 ответов:
старые выше
новые выше
по рейтингу
1
Грустный Роджер
[314K]
2 недели назад
Для начала договоримся о терминах. Думаю, вполне логичным будет считать, что "лучший отскок" — это где минимальны потери энергии (а не минимальная масса и тем более не минимальная жёсткость). И, вообще говоря, далеко не факт, что наилучшим выбором тут будет материал с максимальным модулем упругости, потому что оный параметр характеризует способность сопротивляться деформации, но ничего не говорит о потерях энергии, которые имеют место при обратимой деформации (то есть когда рассматривается полный цикл: деформация и возвращение в исходное состояние).
Так что нам нужен материал, который характеризуется минимальными потерями энергии при упругих деформациях. И параметр, который описывает именно это свойство материала, тоже известен: добротность. Добротность существует не только для колебательного контура в радиотехнике — это понятие применимо к любой колебательной системе.
По счастью, материалы с высокой добротностью известны. Лучше всего известен кварц. Высокая стабильность частоты кварцевых резонаторов обусловлена как раз высокой добротностью кварца — она может достигать 10^5, а в лучших образцах достигает 10^7. Алмаз, который, да, самый упругий материал, обладает добротностью в несколько тысяч, то есть уступает по этому параметру кварцу.
Максимально достигнутое значение добротности для кварца — 1,8*10^8 (без малого двести милллионов!) — такой материал был в своё время получен группой В. Брагинского, которая пыталась создать механический детектор гравитационных волн. В резонаторе с такой добротностью колебания затухали бы 5 лет.
Добротность сапфира тоже уступает добротности кварца.
Так что если от кого и можно получить максимальный отскок, то это от кварцевого шарика и кварцевой стенки.
автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
комментировать
в избранное
ссылка
отблагодарить
4
Василий Котеночкин
[22.7K]
2 недели назад
Вроде бы мы в любой момент можем увидеть, что мячик, наполненный воздухом, отскакивает от асфальта выше, чем стальной шарик. Но…
Чтобы отбросить влияние весомости весомости/невесомости и сопротивления воздуха давайте просто посмотрим на игру в бильярд. Там весомость перпендикулярна соударению действует, а сукно оказывает силу трения существенно большую, чем сопротивление воздуха.
Удивительно, но никто не играет в бильярд шариками из ваты.
Есть ещё и детский бильярд, где шарики не из слоновой кости, а из стали. И тоже неплохо происходит отскок.
А зависит это (в рамках законов сохранения) исключительно от того, что кинетическая энергия налетающего тела должна по максимуму перейти в кинетическую энергию тел после соударения, а не во внутреннюю.
Лучше всего играть в бильярд шариками бриллиантовыми. Всё-таки этот материал имеет максимальную жёсткость и внутрикристаллическая энергия от внешних воздействий мало меняется..
в избранное
ссылка
отблагодарить
VictorNeVrach
[5.5K]
Как вы получите с максимальной жесткостью хороший отскок? Вы реально что ли попрыгунчиком не пользовались, где вы такую чушь находите? Господи, да купите вы стальной шарик от подшипника и попрыгунчик и проведите черт возьми эксперимент… ну как же вы людей дурите…
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
"Попрыгунчик" действует под влиянием силы тяготения.
Вам не показалось, что противоречить самому себе не вполне логично?
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
При хорошей жесткости тело не демпфирует, а значит не в состоянии получить энергию сжатия, которую потом выдать в энергию растяжения и кинетическую, именно демпфирование определяет, куда будет расходоваться энергия, шар же просто сплющиться… И вся энергию уйдет на сплющивание, далее так как не хватит линейной упругости, и возврат в исходное состоянии по закону Гука станет возможным, ну просто при достижении критической деформации, атомы кристаллической решетки металла не вернуться в состояние до соударения.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
О чем вы? ""Попрыгунчик" действует под влиянием силы тяготения.
Вам не показалось, что противоречить самому себе не вполне логично?"
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Учите матчасть, любой учебник по сопру в помощь.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Я просто еще раз повторю, вы не сможете с высокой жесткостью получить большую деформацию, а следовательно переход из кинетической в потенциальную и потом вновь в кинетическую, но я не понимаю, как вы этого не понимаете, это ж 6-летние американские дети знают…
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Сила тяжести тут не причем, если вы об этом, пружина ж прыгает и без нее, если ее сжать и затем разжать, дальше — догадаетесь, думаю. Однако сжать этот попрыгунчик ну крайне трудно (попробуйте, если вы не качок, борец или армрестлер, то выйдет плохо), однако все сделает за вас сила тяжести и начальная скорость если его бросить со всей дури об тот же асфальт. На этом у меня — все. Хотя добавлю, если вновь не ясно, производная по скорости от импульса — сила, именно она-то и нужна. Она даст ту силу, которая сожмет шара, а потом он под действием собственной жесткости взлетит, т.е. для гиперупругого тела, важна не сила реакция опоры, а имена сила упругости тела. В школе эти термины не разделяют, ну вы просто не учитесь в школе, как это я сделал в свое время, а сразу идите на вышку.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Именно благодаря тому, что гиперупругое тело имеет не только реакцию опоры, а еще и силы упругости тела, попрыгунчик с метра подскакивает при ударе со всей силы на высоту большую в 5-10 раз, т.е. от 5 до 10 метров, ну не знаете вы этого, ну не отвечайте на вопрос, а то на каждый чушь пишите, которую мне как физику-математику ну просто стремно читать.
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
не надо мне "с высокой жёсткостью получить большую деформацию"
Деформация — переход кинетической энергии во внутреннюю. Я получу сохранение кинетической при МИНИМУМЕ ДЕФОРМАЦИИ
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Да это верно, но вы не получите с выше высоту, если кинете жесткое тело, а гиперупругое — сможете, там закон сохранения несколько работает иначе. Точнее он работает как надо, но сам материал дает возможность взлета. Суть в деформации и перемещениях, жесткое тело, не сможет демпфировать нормально, а значит нормально деформироваться и как следствие накопить энергию, а если сможет, то перейдет из линейной зоны упругости в нелинейную, и уже не вернется в исходное состоянии, вэ том и суть попрыгунчика, ему легче деформироваться и как следствие прыгать…
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Т.е. при минимуме, вы и получите миниму, тот самый закон сохранения энергии, мало сжали — мало разжали, поэтому сталь с трудом перепрыгает попрыгун, хотя в частном случае такое возможно. Это будет на небольших высотах, на высотах больших, попрыгун будет выигрывать и кстати из-за силы тяжести в том числе, все таки, плотность каучука меньше плотности стали при той же геометрии.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Почитайте, вам будет тогда понятнее… http://ilinblog.ru/public/pdf/I.%20E.%20ILIN%20-%20Mechanics%20of%20ellastic%20and%20solid%20balls.pdf
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Покидайте напал со всей дури обычную резинку для стирания графитовой крошки (карандаша) и кукую-нить точилку металлическую и вы замете, все то о чем я пишу.
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
Сделаю вид, что в с чем-то согласился. (но не с минимальной массой)
Что выше отскочит?
Стальной шарик от резинового пола?
или
Резиновый шарик от стального покрытия?
(но то и другое в невесомости)
Похоже, что в своём ответе я был не прав. То, что автор вопроса имел в виду под термином "поверхность" имеет как бы бесконечную массу (по сравнению с налетающим телом) и полная аналогия с бильярдом не проходит, поскольку "поверхность" заберёт себе часть энергии. Если она твёрдая, то обратно не отдаст. Значит она должна быть упругой.
Тогда правильный ответ:
Поверхность — это батут, а материал — слон (с минимизацией массы я по прежнему остаюсь противником)
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Но большая же масса, может разорвать, вы же это понимаете, слон возьмет и порвет батут (большая сила тяжести или импульса), хотя, если кто-то грамотно рассчитает жесткость батута ничего страшного не произойдет, но еще тут помнится специальные батуты, куда люди прыгают с большой высоты, их рассчитывают так, что бы тело человека сильно не отлетали, хотя ваш принцип тоже верен, например рогатка, охотничий лук, но дело все в том, что деформация все же будет мала, я вот не видел, что бы люди (дети) на батутах отлетали выше чем 2-3 метра, при собственном росте 1-1,5. Ну тут надо детальнее смотреть, поэтому такой вариант я особо не рассматривал, нужно экспериментировать. Но все же, масса должна стремится к нулю, ведь нам важен импульс (сила тяжести нам во вред), а он масса на скорость, т.е. мы просто можем бросать с большой скоростью, более того, опять же если полет вертикальный (да и горизонтальный тоже), то большая масса, сильнее будет тормозить тело в поле тяжести земли.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
А сила тяжести будет тормозить полет вверх, после отталкивания, поэтому я все же не считаю большую массу хорошим эффектом. Силой тяжести можно пренебречь, но до поры до времени, если масса огромная, то сила тяжести тянувшая тело в низ будет не маленькая, при этом, связи между силой тяжести и жесткости в явном виде нет. Это силы разной природы, хотя очевидно, что чем больше тело, тем больше степеней свободы, но больше именно геометрически, а не массово. Поэтому если слон тяжелый, и его плотность известная, то зная объем можно посчитать его массу, и зная поверхность куда приземлиться слон и как она закреплена ее коэф. Пуансона и Юнга, посчитать жесткость и деформацию, и как следствие энергию деформацию, которую получит слон. Но в реальной жизни ни один батут нормального слона не выдержит и он не взлетит, так как попрыгунчик даже об обычной асфальт.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Вы считаете, как я понял действия в невесомости, мне трудно сказать что будет, ибо я не был нигде кроме Земли, хотя теоретически это равносильно-одинаковые вещи (упругий шар и жесткая плоскость или жесткий шар и упругая поверхность), если повторю прочность батута выдержит, то и ваш вар возможен, однако вы почему игнорируете прочность, невесомость это конечно хорошо, но прочность… В невесомости не будет силы тяжести, поэтому там будет действовать только импульс и сила импульса, однако они зависят от массы, если б не прочность я бы был уверен на 100% в вашем варианте, а так — физика не позволит, ни школьная, а настоящая… Напомню импульс — это масса на скорость, а сила импульса еще делить на ускорение, так вот — имена эта сила может разово разорвать батон при "прыжке на него слона".
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Ну прыгните на шарик надутый воздухом (гелием), сомневаюсь, что он не лопнет, так же будет скорее всего и с слоном, однако какой-то эффект можно получить, но будет все ровно хуже мною предложенного, но как альтернатива на втором месте — вполне допустимо.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Тут надо еще понимать, что есть такая штука, как момент инерции, т.е. шар получается во всех осях имеет один и тот же момент инерции, вот ваша поверхность батута, будет представлена четырехугольником, ну как натянутая ткань, так в принципе и существует батут, и расположен на слабой оси инерции, разрыв максимально вероятен, вот тот самый эффект, почему попрыгун даже не разрушается и еще высоко летает, но это все надо не по учебникам знать, а экспериментально ставить, хотя мне это легко в башке прокрутить, но так далеко не всем, вот и вы этого еще не поняли. Я эту тему жру не первый день, сам бы мог запутаться, но четкое понимание не позволяет.
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
Пример со слоном на батуте оказался на мой взгляд полезным.
"слон возьмет и порвет батут"
часть энергии слона безвозвратно потеряется на разрыв межмолекулярных связей, даже если батут не насквозь порвётся, а лишь частично повредится.
Мягкие поверхности поглотят часть кинетической энергии на свою необратимую деформацию, а в случае с ватой и периной — всю энергию. Поэтому приходится брать материалы по твёрже, а не резиновые шарики (обратите внимание, что свой предыдущий комментарий я начал со слов "Сделаю вид, что в с чем-то согласился")
На тему минимизации/максимизации массы — это к упругости не имеет никакого отношения. Всё при расчётах переводится (и в законах сохранения, и в переходе кинетической энергии во внутреннюю) на единицу массы. Она и в левой и в правой частях уравнений будет.
А невесомость… Ну слону надо задать первоначальный импульс в сторону батута, зато притяжение Земли или Солнца на результаты отскока не повлияют.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Мягкие поверхности, скорее всего останутся в зоне линейной упругости, в этом их основное отличие, хотя возможно и иной расклад, то что описали вы, но от этого максимальная гиперупругость не пропадет (будет просто зименина линейность упругости), она заложена в самих атомах, в отличие от стали, где ее можно варьировать, методами упрочнения. Но что вы прицепились, к этой энергии, если дело в деформации и свойствах материала, это специальные материала, специальные и ведут они себя тоже — специфично. На них все распространяется так, но не также (почитайте о них), жесткие материалы всегда будут проигрывать, ибо у них нет этого свойства.
— 2 недели назад
все комментарии (еще 16)
комментировать
3
VictorNeVrach
[5.5K]
2 недели назад
Ну тут все просто, тело которое отскакивает должно иметь минимальную жесткость и минимальную массу (имея общую массу больше массы воздуха того же объема в сферическую границу на внешней поверхности), а поверхность от которой отскакивают максимальную жесткость и массу (и идеально гладкой и ровной), объект должен падать перпендикулярно для максимального вертикального отскока, например стальной стол и попрыгунчик (каучук).
Крайне важно что бы тело в процессе соударений теряла и восстанавливала энергию, когда шар ударяется он теряет энергию на нагрев и смятие, но тут же за счет упругости восстанавливает, это гиперупругие тела, у которых перемещение узлов до разрушения очень огромное.
При сильном ударе сталь о сталь, сталь сплющится и не сможет восстановится, произойдет не линейная деформация.
Что же касается стекла об сталь, оно может легко разбиться при избытке энергии (трудно говорить какую энергию считать избыточной, для этого стоит рассчитать ее специальным КАЭ методом для определенного размера шара и материала стекла, и она в одних случаях может соответствовать как большим высотам, так и начальным импульсом (силе) при броске), да стекло прочное, но оно аморфное (я бы отнес даже к анизотропному, особенно закаленные стекла), так что его разрушение по сути рандомно…
Для поверхности лучше выбрать сталь так как, она и прочная и твердая, стекло — прочное, но хрупкое.
Также можно использовать и идеально отшлифованный мрамор, но лучше сталь, так как ее проще достать и она легко восстанавливаемая.
комментировать
в избранное
ссылка
отблагодарить
2
Михаиил
[9K]
2 недели назад
Не буду вдаваться в теорию и сложные расчёты (масса, кинетическая энергия, упругая деформация, текучесть материала, предел прочности…), а просто вспомню, как в детстве бросали стеклянные шарики (из градирни, диаметром 20-25мм) о различные поверхности. Как ни странно, лучше всего они отскакивали от кафельной плитки в фойе школы, иногда до потолка. Все, кроме нас (от плитки до директора) были страшно недовольны.
комментировать
в избранное
ссылка
отблагодарить
2
alexm12
[214K]
2 недели назад
Очень хорошо скачут стеклянные шарики по стеклянной поверхности. Поверхность только должна быть из толстого стекла. Или сталные по стальной плите. Или сочетание твердого стекла и каленой стали.
в избранное
ссылка
отблагодарить
VictorNeVrach
[5.5K]
Масса нужна только из-за того, что окружает нас воздух и гравитационное поле, так бы они здесь не понадобились.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
От толщины ничего не зависит, тела станут просто массивнее и сила удара выше, молекулярные упругие свойства останутся те же. Поясню еще раз, дело в жесткости, масса здесь не особа нужна, она вообще носит вспомогательный характер, фактически говоря важна что бы тело, которое падает было тяжелее воздуха, что бы не испытывать торможение о воздух, для этого нужна еще каплевидная форма, ну лучше сфера, так как шар в процессе соударений может разворачиваться. В детстве попрыгунчик вы бросали, а стальной шар? Я вот бросал, у меня он прыгал с метра до 3-5 этажа. Но сейчас это можно и в адамсе рассчитать, изучите термин — коэффициент восстановления при соударении, может тогда поймете что-нибудь…
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
> иметь минимальную жесткость и минимальную масса
не говоря уж о грамматике…
даже если вы в вакууме (без всякого сопротивления воздуха) уроните кусок ваты на пуховую перину, то отскок впечатления не произведёт.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Я не проводил эксперименты в вакууме, но мне известно, что в вакууме тела двигаются с максимально-возможной скоростью, однако отталкиваются они от поверхностей не из-за нее, а из-за своих свойств (для отскока скорость вообще не важна), так вот кусок ваты и пуховой перины +/- одинаковой жесткости, у обоих она никакущая, значит оба могут легко сильно деформироваться, но ввиду их размеров и формы они будут слабо деформироваться, так как сила тяжести действующая на них никакующая (в вакууме и вообще), ну а в невесомости все возможно, но скорее всего, там не стоит вообще говорить о соударении, так как пуля из калаша спокойно проходит 30 км без препятствий и в теории может двигаться, на орбите нашей планете с первой космической скоростью.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
А теперь о массе, действительно, в идеале масса должна стремится к нулю, ведь всем со школы известен закон сохранения импульса, чем меньше масса, тем больше скорость, так вот, если после удара с помощью гиперупругих свойств удастся получить скорость выше той, которая была до удара, то мяч оттолкнется выше той высоты, чем с которой бросался. Если вы не в курсе жесткость это способность материала удлиниться в зависимости от приложенной силы, ну идите изучайте сопромат, я отличником по нему был, как бы, мне пофиг знаете это или нет…
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Я проводил эти эксперименты на 3 и 4 курсе в унике, так что давайте — спорьте, причем половину моделировал на пк со свойствами материалов, а половину в лаборатории… Мы испытывали: сталь, натуральный каучук, дерево, возможно еще че-то щас плохо помню, у нас единственная группа изучала композиты и всякую хрень.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Смотрите есть такая фигня, как энергия деформации, так вот именно она и отвечает за прыгучесть, и для нее важен и импульс, а значит начальная скорость и масса, и модуль Юнга материала, а также линейные размеры шара. Поэтому и получается, как я описал, а вам стоит начать учиться, стремно с 20К рейта такую фигню не знать…
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
"уник" — это что?
универсальный магазин по продаже дипломов?
В своих знаниях математике Вы уже облажались по полной, записав ноль в натуральные.
Теперь в физике полная аналогия.
А на рейтинги будете смотреть, когда ответите (нормально) на мой вопрос "Кто такие пузомерки?"
http://www.bolshoyvopros.ru/questions/1065074-kogo-nazyvajut-puzomerkami.html
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
И специально для вас, я указал какая масса должна быть и форма шара: "имея общую массу больше массы воздуха того же объема в сферическую границу на внешней поверхности". Если не смогли, учите русский.
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Нуль натуральное число… Откройте интернет и почитайте, а лучше новые американские учебники, в гугл не сможете, лично в лс пришлю. P.S. Я не знаю как принято в рашке, в америке это натуральное число, так что мне до зелени, как вы считаете, важно, что б вы понимали, что нуль это натуральное число.
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
С американскими учебниками идите американцам преподавать. Мне как-то Диофант и Ферма больше в авторы учебников годятся, чем те штаты, в которых пи равно четырём на законодательном уровне
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Ну Ферма и Диофант наверно не глупые, но они не русские.
— 2 недели назад
Василий Котеночкин
[22.7K]
вау!!!
американцы, по учебникам которых Вы рекомендуете учиться, они по нации кто?
— 2 недели назад
VictorNeVrach
[5.5K]
Ну разные, обычно это китайцы, американцы, индийцы, британцы, немцы в америке много наций, но есть и чистые амеры, это те кто живет уже более 100 лет на континенте.
— 2 недели назад
все комментарии (еще 9)
комментировать