Beim Aufprall verformen sich Ball und Boden ein wenig. Dabei wird ein Teil der Bewegungsenergie kurz elastisch gespeichert. Während der Ball seine Form zurückgewinnt, drückt er gegen den Boden, und der Boden drückt ihn aufwärts. Ein Teil der Energie geht in andere Formen über: Deshalb springt ein gewöhnlicher Ball meist weniger hoch zurück.
Du lässt einen Ball los, hörst ein leises Plopp und siehst ihn wieder steigen. Der entscheidende Moment ist oft zu kurz, um ihn mit bloßem Auge zu erkennen.
Ein Ball wirkt kurz wie eine Feder
Auch ein fester Gummiball ist nicht vollkommen starr. Beim Kontakt wird er etwas zusammengedrückt. Elastisch bedeutet: Nach einer Verformung kann das Material wieder seine frühere Form annehmen.
Die Formänderung speichert vorübergehend Energie, ähnlich wie eine gedrückte Feder. Beim Zurückformen drückt der Ball auf den Boden. Die Gegenkraft des Bodens ändert seine Bewegung nach oben. Auch der Boden verformt sich, oft kaum sichtbar. Ein massiver Gummiball braucht dafür keine eingeschlossene Luft.
Die Energie verschwindet nicht
Durch das Anheben bekommt das System aus Ball und Erde Lageenergie. Beim Fallen wird daraus Bewegungsenergie. Beim Aufprall wird ein Teil kurz elastisch gespeichert und anschließend wieder zu Bewegung.
Ein anderer Teil verteilt sich als innere Energie in Ball und Boden oder als Schwingungen und Schall in der Umgebung. Ein leises Plopp ist ein Hinweis darauf. Die winzige Erwärmung muss man dabei nicht spüren können. Insgesamt bleibt Energie erhalten; nicht alles kehrt in die Aufwärtsbewegung des Balls zurück.
Warum der nächste Sprung niedriger ist
Auf einem ruhenden Boden und ohne zusätzlichen Schubs erreicht ein gewöhnlicher Ball meist nicht wieder seine Loslasshöhe. Für sein erneutes Steigen bleibt weniger Bewegungsenergie übrig. Auch der Luftwiderstand spielt mit.
Die Schwerkraft zieht während des Steigens weiterhin nach unten und bremst den Ball. Am höchsten Punkt ist seine senkrechte Geschwindigkeit für einen Moment null. Die Schwerkraft ist dort nicht weg: Sie lässt ihn wieder fallen.
Ball und Boden entscheiden gemeinsam
Wie gut der Ball zurückspringt, hängt von seinem Material und vom Untergrund ab. Ein nachgiebiger Teppich kann viel Energie aufnehmen. Ein sehr harter Ball muss deshalb nicht auf jedem Boden am besten springen.
Zurückspringen allein bedeutet noch keinen vollkommen elastischen Stoß. In diesem idealen Fall wäre die gesamte Bewegungsenergie der beteiligten Körper nach dem Stoß genauso groß wie davor. Bei alltäglichen Sprüngen wird ein Teil in andere Energieformen umgewandelt, auch wenn sich der Ball wieder rund formt.
Drei kleine Sprünge vergleichen
- Suche mit einer erwachsenen Person eine freie, ebene Bodenstelle, weit von Treppen und zerbrechlichen Dingen entfernt. Benutze einen intakten, leichten, weichen Spielball etwa in Tennisballgröße. Markiert auf einem senkrecht gehaltenen Papier neben der Sprungstelle ungefähr 10, 20 und 30 Zentimeter über dem Boden. Eine Person hält die Skala außerhalb der Ballbahn. Bleibt beide niedrig am Boden; niemand steigt auf Möbel.
- Halte die Unterseite des Balls bei der 30-Zentimeter-Markierung und öffne die Hand, ohne zu werfen oder nach unten zu drücken. Die andere Person beobachtet von der Seite die Unterseite des Balls am höchsten Punkt seines ersten Rücksprungs. Notiert die ungefähr erreichte Höhe oder unklar. Hört auch auf das Geräusch. Greift erst nach dem Ball, wenn er zur Ruhe kommt.
- Wiederhole denselben Fall insgesamt dreimal, mit demselben Ball, Boden und Loslasspunkt. Vergleicht nur den ersten Rücksprung jedes Versuchs mit der Loslasshöhe. Meist bleibt er darunter. Beobachtete Unterschiede sind keine genaue Energiemessung; seitliche Bewegung, ein unbeabsichtigter Schubs und die kurze Beobachtungszeit erschweren den Vergleich. Die Zahlen im Energiebild sind erfunden und keine Ergebnisse dieser Aktivität.
Mit einer erwachsenen Person arbeiten. Nur aus 30 Zentimetern fallen lassen und die Umgebung freihalten. Keine Murmeln, Metall- oder Glasbälle, schweren Bälle oder gestapelten Bälle verwenden. Nicht werfen, aufpumpen, erwärmen oder kühlen. Gesichter bleiben außerhalb der Sprungbahn; einen wegrollenden Ball erst holen, wenn der Weg frei ist.
Zum Mitnehmen
Verformung kann Energie kurz speichern. Beim Rückformen und Kontakt mit dem Boden entsteht die Aufwärtsbewegung. Energie bleibt insgesamt erhalten, verteilt sich aber auch auf innere Energie, Schwingungen und Schall. Deshalb werden gewöhnliche Sprünge kleiner.
Warum kommt ein gewöhnlicher Ball meist weniger hoch zurück?
Quellen & Weiterlesen
Science World · How High? ↗OpenStax University Physics · 8.1 Potential Energy of a System ↗OpenStax University Physics · 9.4 Types of Collisions ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
