خُدع الكرة المطاطية (خدع كرة السوبر بول: عندما يتحكم الدوران والاحتكاك في مسار الارتداد)
المؤلف:
جيرل ووكر
المصدر:
سيرك الفيزياء الطائر
الجزء والصفحة:
ص122
2025-07-15
312
إذا قُذفتْ كرة سوبر بول المطاطية (وهي كرة عالية المرونة تصنعها شركة وام-أوه)، فإنها ترتد مباشرة تقريبًا إلى يدك مرة أخرى. هب أنك تقذف الكرة لأسفل مباشرة وتجعلها تدور. أين تتجه الكرة إذن؟
وإذا قذفت الكرة لأسفل بزاوية وبـ «دوران خلفي»، فإنها تثب على الأرض ذهابًا وإيابًا بين نقطتين شكل 1-130). بدلاً من ذلك، إذا جعلت الكرة تدور في وضعية «الدوران الأمامي»، فإنها تثب بالتبادل وَثَباتٍ طويلة وقصيرة في أثناء الابتعاد عنك (شكل 1-30ب). (قد يبدو ارتفاع الوَثَبات متغيرًا بين انخفاض وعلو ، إلَّا أنَّ الانطباع وهمي.) إذا جعلت الكرة تدور دورانًا خلفيًّا في أثناء قذفها أسفل طاولة مستوية، فربما لا تستمر أسفل الطاولة وتنطلق نحوك (شكل 1-30(جـ). وإذا قذفت الكرة نحو واحد من جدارين رأسيَّين متوازيين مُتقاربَين إلى حد ما، سترتد الكرة إليك مرَّة أخرى على الأرجح (شكل 1-30هـ). ما تفسير مثل هذا السلوك الغريب والجامح، ولماذا تثب كرة السوبر بول المطاطية على أفضل كثيرًا من الكرة المطاطية العادية؟
الجواب: عندما تدور الكرة، فإنَّ سطحها الخَشِن يلتصق بالأرضية للحظة، والاحتكاك الذي يتولَّد يقذف الكرة في اتِّجاه مُباغت يُغير الاحتكاك كذلك من اتجاه دوران الكرة، ولذا ربما تكون الوَثْبة التالية مختلفة جدًّا.
شکل 1-30 بند 1-76: خدع كرة السوبر بول مع (أ) و (ب) سطح واحد أو أكثر أفقي و(هـ) سطحين رأسيَّين متقاربين. (و) الاحتكاك الواقع على كرة دوارة أثناء التصادم.
على سبيل المثال، إذا أُلقيت الكرة نحو الأسفل بدوران في اتجاه عقارب الساعة كما تراها من أحد الجانبين، يكون الاحتكاك ناحية اليمين (شكل 1-30و). تواجه الكرة أيضًا قوَّة مُتَّجهة إلى أعلى آتية من الأرضية وذلك أثناء التصادم. يُوجه مزيج القوتين الكرة إلى أعلى ناحية اليمين. وعندما تلقى الكرة إلى أسفل بزاوية وبحركة دائرية، فقد تثب بعيدًا عنك أو إلى أعلى مباشرة أو ترتد ناحيتك بناءً على اتجاه الدوران وحجمه، الأمر الذي بدوره يُحدد اتجاه الاحتكاك وحجمه. تأتي خدعة تغير ارتفاع الوثبة من الاختلاف في درجة انحدار المسار الذي تقطعه الكرة. فبينما تُبدِّل الكرة بين الوثبات القصيرة والطويلة، فإن زاوية الوثب تتغيَّر أيضًا. (الخدعة مغرية للغاية لدرجة أنَّني أكَّدتُ على صحتها مرَّتَين في كتاباتي رغم أنَّني جادلت بأنه يتعذر تغير الارتفاع.
تثب كرة السوبر بول المطاطية على نحو جيد للغاية بسبب الاهتزازات التي يولدها الاصطدام داخلها عندما تُقذَف كرة مطاطية عادية، يتسبب الضغط المفاجئ على الجهة السفلية في اهتزاز الكرة والوقت الذي تستغرقه الهزَّة يتوقف على المادة المصنوع منها الكرة والأرجح أن الوقت يختلف عن الوقت المطلوب لحدوث الاصطدام الكامل، وفي تلك الحالة تواصل الكرة اهتزازها بعد ارتفاعها عن الأرضية. تتطلب الاهتزازات طاقة؛ ومِن ثُمَّ تكون طاقة الكرة قليلة بحيث يتعذَّر دفعها إلى أعلى ولا ترتفع إلى حد كبير. تتكون كرة السوبر بول من لُبِّ مُحاط بقشرة من مادة مختلفة. تُغير التركيبة الاهتزازات بحيث يتساوى الوقت الذي تستغرقه أول هزَّة مع وقت مكوث الكرة على الأرضية. وعندما يعكس الجزء السفلي من الكرة الجانب الواقع عليه الضغط وترتد الكرة بقوة من الأرضية، يكون الاهتزاز إلى الخارج بعيدًا عن الأرضية؛ ومِن ثُمَّ يُساعد في قذف الكرة. وكنتيجة لذلك، تعود طاقة الاهتزاز إلى حركة الكرة المتَّجهة إلى أعلى، مما يُتيح للكرة الارتفاع إلى أعلى.
ومن أجل تحديد الاتجاه الذي تقفز فيه كرة السوبر بول، إليك وصفة نابعة من الحاجة إلى الحفاظ على ثبات الطاقة الحركية للكرة والزخم الزاوي في أثناء الوثب. تُقلَب السرعة المتجهة الرأسية وكذلك تُقلب السرعة الأفقية لأدنى نقطة في الكرة، ولكن يصعب تخيل الأمر لأنه يشتمل على دوران الكرة والسرعة المتَّجهة الأفقية لمركزها. وإذا جمعت اتجاهي السرعة المتجهة الرأسية والسرعة المتَّجهة الأفقية بعد التصادم مباشرة، حينئذ ستتوصل إلى الاتجاه الذي تثب فيه الكرة.
الاكثر قراءة في الميكانيك
اخر الاخبار
اخبار العتبة العباسية المقدسة
