篮球里没有弹簧,为什么弹性还那么好?

昨天刷AI man剧,下面的相关推荐是牢大的采访,采访期间,采访者问了一个问题:为什么篮球里没有弹簧却还这么有弹性?

牢大:左 采访者:右

牢大本能地回了一句:“因为篮球里面有空气”。但采访者不买账,用一个问题就把牢大呛住了。

要我说,这个问题就显得主持人像是在找碴了。因为能弹起来的篮球是必须经历一个下落的过程,而充满空气的房间时刻与地面保持相对静止,不弹起来才是正常的。一个合理的问法应该是这样的:为什么摔倒的人体里也有气体,但弹得没有篮球高?(温馨提示:为了您的身体健康,请不要尝试检验您或您身边人的弹性。)

注意力惊人的朋友们可能早就发现了关键的因素:篮球能发生弹性形变。若用能量守恒定律来分析下落的过程,能清晰发现这个过程里的能量转化路径大致如下:

  • 下落阶段,篮球从高处被往放,篮球的重力势能转换为篮球的动能。

  • 接触地面阶段,篮球底部被挤压,篮球皮被拉伸,篮球内部的空气被压缩。篮球大部分的动能被存储到了拉伸的篮球皮和压缩的空气里面。

  • 弹起阶段,当篮球没有往下的动能以后,篮球皮和内部空气开始恢复为最初的状态,于是被存储起来的能量开始转化为能让篮球弹起的动能,篮球就这么离开了地面。

弹簧之所以能在被压短后弹出,就是当它发生弹性形变时,它能将外部压短它的能量储存起来,然后在外力撤去之后释放。而人类之所以弹得没有篮球高,那是因为身体组织没有足够的韧性,在摔倒的时候容易发生非弹性形变(即不可逆的形变,如挫伤、骨折),能量随着组织的损伤而流失,自然就没有余力来支持人体的弹起。当然,也不排除部分超人朋友能在下落时把地踩裂的可能性,这时的能量就因为地面的非弹性形变而被大量分散到了飞溅的碎屑中,自然也无法让人体弹起。

这种能量转换的现象可以通过实践被观测到。如果篮球内气压充足,篮球触地后能恢复迅速,反弹高度就较高;如果气压不足,篮球与地面接触的地方变得扁平,那大部分能量会在形变过程中耗散,篮球的反弹高度明显降低。

归根结底,牢大的答案歪打正着,但它没有揭示这个现象的本质。空气的作用是维持篮球的形状,让篮球整体能像一个弹簧一样发生弹性形变。篮球之所以能弹,是因为篮球本身就相当于一个被空气撑起来的弹簧。

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