Wiemy wszyscy znakomicie z doświadczenia codziennego, że piłeczka np. ping-pongowa upuszczona swobodnie na podłogę w najlepszym przypadku odbije się na (prawie) tę samą wysokość, nigdy jednak wyżej.

Upuśćmy z dłoni dwie piłeczki - lekką (ping pongową) i ciężką (kauczukową), poczym położone jedna na drugiej (cięższa pod spodem i lżejsza na wierzchu). Po odbiciu od podłogi lżejsza piłeczka leci aż pod sufit! Przeczy to nie tylko zdrowemu rozsądkowi, ale przede wszystkim zasadzie zachowania energii.

Wyjaśnienie

W rzeczywistości, w momencie odbicia od podłogi mamy do czynienia z ukrytym zderzeniem. Cięższa piłeczka odbija się od podłogi wcześniej i zmienia zwrot wektora prędkości podczas gdy wektor prędkości lżejszej wciąż jeszcze skierowany jest w tym czasie w dół. W efekcie sprężystego zderzenia, pęd cięższej piłeczki przekazany zostaje piłeczce lżejszej i co za tym idzie lżejsza piłeczka odbija się na dużo większą wysokość.

Przyjmując masę lżejszej piłeczki jako m a cięższej jako M i zakładając, że zostały upuszczone z wysokości h, z zasady zachowania energii otrzymujemy, że w momencie zderzenia prędkość mniejszej piłeczki wynosi -v a większej v (czyli z przeciwnym zwrotem). Stosując zasadę zachowania energii (zakładamy zderzenie sprężyste):

i pędu

wartości prędkości po zderzeniu wynoszą

dla piłki lżejszej i

dla cięższej.

Zakładając teraz, że m jest dużo mniejsze od M można powyższe wartości przybliżyć jako

czyli, po uwzględnieniu, że energia kinetyczna zostaje zamieniona w energię potencjalną, mniejsza piłeczka odbije się na wysokość dziewięciokrotnie wyższą niż cięższa.

Oczywiście, lżejsza piłeczka zyskuje na prędkości w momencie zderzenia i odbija się wyżej - większa odbija się natomiast niżej - powtórz doświadczenie jeszcze raz obserwując dla odmiany piłeczkę cięższą.


Patrz także: inne zabawki, pojęcia i zjawiska związane:
Energia (Zas. zach. energii): Doświadczenie na deser Kroczące zwierzaki Kamień Celtycki Młynek Croksa Schodząca sprężyna Słoneczne baterie Wahadło Newtona Wstający bączek
Pęd (zas. zach. pędu) Młynek Croksa Wahadło Newtona
Zderzenia Kula plazmowa Młynek Croksa Wahadło Newtona