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恐れ入ります。
高校などの理科の授業で使う、弾性ボール・非弾性ボール(ゴムボール)について質問させてください。
床などに二つのボールを落としたとき、弾性ボールはスーパーボールのようによく弾み、非弾性ボールはほとんど弾みません。(反発係数が0に近い!?)
この2つのボールは何が違うのでしょうか?(材質が違うのでしょうか?どう違うのでしょうか?)
どなたか教えていただければ幸いに存じます。

A 回答 (2件)

弾性ボールとは何のことを言っているのかわかりませんが、通常はねかえり係数は衝突するお互いの材質によって決まっているはずです。



たとえばスーパーボールの場合、かたい床相手だとはねかり係数は1に近くなるかもしれません。
# それでも完全弾性衝突をするとは思えませんが。。。

逆に、衝撃を吸収するようなやわらかい材質相手だと跳ね返り係数は0に近くなりますよね。
# 一時期「卵を落としても割れない!」とかいう CM をやっていた
# ナイキ社のアルファゲルなんかの上に落としても、ほとんど跳ね返らない
# と思います。

一応、完全弾性衝突をするものとして有名なのは、象牙同士の衝突ですね。
ビリヤードの球なんかに使われているようです。
# 流通品はのビリヤードの球には硬質プラスチックのものが多いようですが、
# 反発係数ではやはり象牙に劣るようです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
弾性・非弾性ボールは下記URLの写真のような直径2cmぐらいのゴムボールで、高校物理などで利用される教材のひとつです。
触り心地や見た目はほとんど同じなのですが、弾性ボールは床に落すとスーパーボールのようによく跳ね上がりますが、非弾性ボールはほとんど跳ね上がりません。(硬い床でも、およそ50cm以下の高さまでならまったく跳ね上がらず、床にくっつくようになります。)
この2つのボールの材質の違いは何かということや、どういう違いからこの2つの性質になるのかなどを知りたいと思っています。大変恐れ入りますが、更なるヒントがありましたらよろしくお願い致します。

ケニスHP
http://www.kenis.co.jp/store/syousai/1-110-790.htm

お礼日時:2005/12/17 14:18

弾性ボールは、スーパーボールです。


非弾性ボールは、指で強く押してから離したとき、ゆっくりと形が戻ると思います。そのようにして、ショックを吸収する(熱エネルギーに変えるらしい)ことのできる材質でできているそうです。ゆっくり形が戻るので、はね返る力にならないのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
もし、材質の違いがわかりましたら教えて頂けませんでしょうか?

お礼日時:2005/12/16 15:17

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落下させようとする物体と地面と落下地点に取り付けられたバネがあるとします。

この場合、落下地点に取り付けられたバネのバネ定数が大きいほど、接触時間が短くなるので衝撃力が大きくなり、その分バネの復元力が強くなり、跳ね返った後、より高く跳ね上がると思います。(この認識はあってますでしょうか?)

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例えば、鉄球はバネ定数はかなり大きいと思うのですが、鉄球を落下させた場合と、スーパーボール(ゴム製のよく跳ね上がるボール)を落下させた場合とでは、スーパーボールの方がかなり高く跳ね上がります。

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もしかして、鉄球の方は減衰力が強く働くからなのでしょうか?すなわち、落下物とバネと地面だけで考えるのではなく、そこにダンパ要素も加えて考える必要があるということでしょうか。

どなたかご教示のほど宜しくお願いします。

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Aベストアンサー

 補足、承りました。#5他です。

 ちょっと、ご質問のご意図を外してしまい、ここまでの回答でピントはずれになっておりました。大変申し訳ありません。

 仰るように、確かにバネが強いほど、落下物が受ける力は大きくなります。
 ただ、バネが比例定数を変えない範囲で力が加わったとしますと(バネで考えるに、まずそういう仮定でいいでしょう)、バネが強くなるほど、力の強さがバネの縮みに比例して強くなり、短い距離で受け止めます。
 力を距離で積分したものが仕事で、これがバネですと、直線的に力が増えますので、バネが落下物の速度を0にするまでを、縦軸に力、横軸に距離として描くと、三角形になります。この三角形の面積が、力学的エネルギーを表します。

 バネ定数によって、力と距離の関係は変わりますが、落下物の運動エネルギーは同じですから、落下物が落ちてくる距離について、バネの縮みの距離が無視できるとすると、三角形の面積は同じです。もちろん、バネの縮みも考慮すると、計算は複雑になりますが、結局は同じ結果となります。

 そして、縮み切ったバネに溜まった力学的エネルギーが全て物体に返されると、物体は元の位置まで上がります。

 しかし、ここまでで無視してきたものがあります。それは、バネに対して物体が非常に重ければどうなるかということです。

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 ここでようやく、ご質問において疑問に思われておられる点に到達したのではないかと思います。
 確かに釣り合いの条件まで静かに物体を置けば、バネが縮む力kxと物体の重さmgが釣り合い、物体は跳ね返されません。
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 もし、落下距離が0より大きければ、バネはもっと沈み込み、その分の力学的エネルギーを持ちますので、それを返された物体は元の位置まで放り上げられます。

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Qボールが跳ねる原理

物体って重力に引きつけられるなら
なぜボールが地面にぶつかったとき跳ねるのですか?
それほど重力は強くないってことですかね?

・・・・・・・・
何か変な質問でごめんなさいw

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物理にはさまざまな力がありますが、質問の分野である「力学」でいえば、大雑把に言って数種類の力しかありません。重力・垂直抗力・摩擦力・張力・弾性力・浮力が高校で習う主なものです。

[Q] なぜボールが地面にぶつかったとき跳ねるのですか?
[A] ボールが地面にぶつかったときに、その形がつぶれ、元に戻ろうとする「弾性力」が、ボールの跳ね返る原因です。

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いくつか実験したなかで落下地点の素材を木材・発泡スチロールに変えてみたところ、ピンポン玉・スーパーボールでは木材より発泡スチロールでの跳ね返りが半分以下だったのに対し(これは落下したとき跳ね返る力が吸収されたと思っています)、軟式・硬式テニスボールとバレーボールでは木材と発泡スチロールとの差がほとんどありませんでした。ボールの重さ・材質それぞれ違うボールなのになぜテニス・バレーボールでは落下地点の材質が変わっても同じになったのでしょうか?
予想と違っていたのでわからなくなってしまいました。
なにかヒントでもいいので教えてもらえないでしょうか?

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No.1です。
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スーパーボールなど、中に空気が入っていないボールは、内部の材料の弾性で弾みます。

あと、スポンジのボールのような、ものすごくやわらかいボールで実験したらどうなるでしょうか。

Qビー玉はなぜはねる?

ゴムボールなどは力が加わり、へこんだところが元にもどろうとする力ではねますが、ビーだまやパチンコだまはへこまないと思うのですがなぜはねるのでしょうか、以前から不思議には思ってたのですが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ゴムボールと較べると, 同じ力が加わっても変形しにくいだけで,
やはりわずかに変形しています.

ばねを例にとると,ゴムボールはやわらかいばね[弾性係数が小さい],ビーだまやパチンコだまは硬いばね[弾性係数が大きい]に対応します. 硬いばねもわずかに変形して元に戻るから跳ね返るわけでです.

なお, ばねのような場合, 弾性係数は単位長さ(普通1m)だけ変形させるのに必要な力の大きさ(N)で定義されるので(実際1m変形させるわけではなく1mあたりに換算した値です), いわゆる"やわらかい"物体ほど小さな値になります. 勿論, 現実の物質ではもう少し話は複雑なのですが, ご興味があれば勉強なさってください.

力が加わると, 『硬いものほど脆い』ことがあるとはよく言いますが,硬いものほど変形しにくく, 小さな部分に大きな力(ひずみ)が集中するからでしょう.

Q平面上の二球衝突とはねかえり係数・非弾性衝突

ビリヤードでの二球衝突を簡素化して考えています。

【条件】
摩擦は一切なし。
非弾性衝突(はねかえり係数e)
ボールは剛体、大きさを持つ。
正面衝突ではない。


この時はねかえり係数を考えるのは二球の中心どうしを
結んだ方向だけで良いのでしょうか?
それとも二球衝突時の接線方向へもはねかえり係数を考
えなくてはいけないのでしょうか?
それとも分解する事ではなく相対速度を考えて
e=-|v1'↑ - v2'↑|/|v1↑ - v2↑|
のようにするのでしょうか?

高校の教科書を参考にしたのですが、はねかえり係数が
正面衝突についてだけしか定義されておらずわかりませ
んでした。

よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

運動方程式 ma↑ = F↑ を成分ごとに見ると,
力がかかってない方向には加速度が生じないことがわかります.

今の設定の場合,衝突の際に二球に働く力は
お互いに働く撃力のみです.

したがって,二球の中心どうしを結んだ方向にのみ力が働いているので,
速度の変化が生じるのもこの方向のみとなり,
はねかえり係数もこの方向のみ考えればよいことがわかります.


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