Stuiterende bal: energieverlies bij de bots
1 · Voorspel
Als een bal wordt losgelaten en van de vloer stuitert, komt hij dan op dezelfde hoogte terug als waar hij is losgelaten, hoger of lager?
- Hij stuitert terug tot dezelfde hoogte (er gaat geen energie verloren).
- Hij stuitert hoger terug dan de loslaathoogte.
- Hij stuitert lager terug dan de loslaathoogte (er gaat wat energie verloren).
2 · Opstelling
- Open de voorinstelling Stuiterende bal. Noteer de starthoogte van de bal boven de vloer en zijn massa.
- Controleer of de hoogtesonde op de bal zit — hij geeft de hoogte van de bal boven de vloer in meters.
- Draai de simulatie en laat de bal vallen en stuiteren. Pauzeer op het hoogtepunt van de eerste stuiter en noteer de bereikte piekhoogte.
3 · Verzamel gegevens
| Massa (kg) | Valhoogte (m) | Zwaartekrachts-PE (J) | Stuiterhoogte (1e stuiter) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Zet voor je drie metingen de stuiterhoogte (y-as) uit tegen de loslaathoogte (x-as). Beschrijf de vorm van de lijn.
4 · Analyseer
- Deel voor elke rij de stuiterhoogte door de loslaathoogte. Wat valt je op aan deze verhouding over je drie metingen?
- De restitutie van de bal is 0,8. Kwadrateer die waarde en vergelijk met de verhouding die je hierboven berekende. Welk verband vind je?
5 · Verdiep
- Als de hoogteverhouding die je vond stuiter na stuiter constant blijft, voorspel dan de piekhoogte van de *tweede* stuiter voor je eerste meting. Hoeveel stuiters duurt het voordat de piekhoogte onder 1 cm zakt?
- Een echt gevallen bal verliest bij elke stuiter ook wat energie aan luchtweerstand en geluid. Verwacht je dat de stuiterhoogtes van een echte bal sneller of langzamer afnemen dan het geïdealiseerde e²-patroon dat je hier vond?
De natuurkunde achter dit experiment
Zwaartekrachtsenergie
De energie die vlak voor het loslaten is opgeslagen in de hoogte van de bal boven de vloer — dit is het energiebudget dat tijdens de val in kinetische energie kan worden omgezet en na de stuiter weer in hoogte.
Kinetische energie
De energie van de beweging van de bal. Vlak voor de bots is vrijwel alle PE van de val omgezet in KE; de stuiter geeft daarna maar een deel van die KE terug, en daarom blijft de stuiterhoogte achter bij de loslaathoogte.
Mechanica
- Projectielbeweging en kinetische energie
- Bal op een helling: energie op een wrijvingsloos schuin vlak
- Blok op een wrijvingshelling: de drempel van statische wrijving opzoeken
- Eindsnelheid: vallen door luchtweerstand
- Krachtenlab: de tweede wet van Newton
- Tegenwerkende krachten: de tweede wet van Newton & impuls
- Elastische botsingen & impulsbehoud
- Onelastische botsing & impulsbehoud
- Newtons wieg: overdracht van impuls en energie
- Eenvoudige slinger
- Massa aan een veer: harmonische trilling
- Gelijkmatige cirkelbeweging & middelpuntzoekende kracht