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Video: Superspringende Bälle und Supernova-Explosionen

Von / 5. Februar 2015 / 8 Kommentare
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Es ist eines der simpelsten und trotzdem immer wieder beeindruckensten Physik-Experimente, die man ohne große Vorbereitung und Hilfsmittel durchführen kann: Man braucht einfach nur zwei Bälle. Zum Beispiel einen Fußball und einen Tennisball. Der Tennisball wird auf den Fußball gelegt und beide werden fallen gelassen. Am besten im Freien und mit genug Sicherheitsabstand, denn der Tennisball wird weitaus höher in die Luft springen, als man erwartet! Durch eine geschickte Kombination von großen und kleinen Bällen und die Verwendung von drei (oder noch mehr) Objekten, kann man wirklich spektakuläre Ergebnisse erzielen. Der letzte Ball des Ballstapels wird enorm hoch in die Luft geschleudert werden und das ist immer wieder überraschend für alle Zuseher.

Nein, mit Bowlingbällen klappt es nicht! (Bild: Gemeinfrei)

Nein, mit Bowlingbällen klappt es nicht! (Bild: Gemeinfrei)

Zumindest, wenn sie nicht allzu viel Ahnung von Physik haben. Denn die Physik dahinter ist relativ simpel. Ein Ball der aus der Luft nach unten zu Boden fällt, setzt dabei die potentielle Energie um, die er aufgrund seiner Position im Gravitationsfeld der Erde hatte. Man hat Energie gebraucht, um den Ball hochzuheben und die kann er freisetzen, wenn er fällt. Ein Teil der Energie wird für die Verformung von Ball und Boden gebraucht, wenn beide aufeinander treffen und der Rest wird für den Flug zurück nach oben verwendet. Der Ball erreicht daher auch nicht mehr seine Ausgangshöhe, sondern fällt schon früher zurück nach unten. Und weil er beim nächsten Kontakt mit dem Boden noch mal Energie verbraucht, hüpft er danach noch weniger weit, und so weiter, bis er irgendwann liegen bleibt. Nimmt man aber einen zweiten, leichteren Ball und legt ihn vor dem Fall auf den schwereren ersten, dann kann der seine Energie auf den anderen Ball übertragen. Dieser wird dann viel höher fliegen als er eigentlich sollte. Und je mehr Bälle man stapelt, desto höher fliegt der letzte Ball.

Wie so ein Experiment aussieht und was das mit Supernova-Explosionen zu tun hat, könnt ihr in diesem schönen Video von Physics Girl sehen:

Cooles Video! Aber noch cooler ist es, dieses Experiment selbst auszuprobieren. Also schnappt euch ein paar Bälle und legt los!

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Kommentare (8)

  1. #1 meregalli
    5. Februar 2015

    Schön!
    Wie viel Bälle brauch ich, die Entweichungsgeschwindigkeit zu erreichen?

  2. #2 Znep82
    Berlin
    5. Februar 2015

    @meregalli
    Wenn du die Fluchtgeschwindigkeit meinst, kommst du auf 8 Bälle aus ca. 10m Höhe.
    Methodisch Inkorrekt haben das auf dem letzten Congress mal ausgerechnet https://www.youtube.com/watch?v=YgPIElakaDw (ab Minute 42)

  3. #3 Alderamin
    5. Februar 2015

    @Znep82

    Ich denke, da haben die sich verrechnet. Es muss auch die Energiebilanz stimmen. Ein Basketball wiegt ca. 600 Gramm = 0,6 kg, ein Tennisball 57,5 Gramm = 0,0575 kg. Wenn man etwas aus 10 m Höhe fallen lässt, dann erreicht es eine Geschwindigkeit von

    h = 1/2 g t² = 1/2 g * (v/g)² = 1/2 v²/g => v = √(2*g*h) = √(2 * 9,81 m/s² * 10m) = 14 m/s

    Folglich bringen 8 fallende Basketbälle folgende kinetische Energie zusammen:

    E = 8 * 1/2 m v² = 4* 0,6 kg * (14 m/s)² = 470,4 J

    Diese Energie komplett auf einen Tennisball übertragen ergibt eine Endgeschwindigkeit von

    v = √(2*E / m) = √(2* 470,4 J / 0,0575 kg) = 127,9 m/s

    Und das ist eine obere Schranke, denn in der Gesamtenergie wurde der 8. Ball mit der Masse eines Basketballs angenommen, bei der Endgeschwindigkeit mit der eines Tennisballs.

    Fluchtgeschwindigkeit wären etwa 11800 m/s. Also kein neuer Weg in den Weltraum.

  4. #4 meregalli
    5. Februar 2015

    Schade! Trotzdem danke an Znep82 und Alderamin.
    Für die nächste Reise bestell ich mir dann doch wieder die Ariadne.

  5. #5 Nemesis
    6. Februar 2015

    Wow, beeindruckend, Eure Unterhaltung. Mathematik ist eine Sprache, die ich kaum verstehe… und trotzdem ist sie der Musik, meiner eigenen Passion, sicher nicht unähnlich.

  6. #6 Znep82
    6. Februar 2015

    @Alderamin
    Verdammt, und ich hab mich im Sommer schon aufm 10m Brett mit nen paar Bällen in der Hand gesehen 😀

  7. #7 Eisentor
    6. Februar 2015

    Wir brauchen nur größere schwerere elastische Bälle. 😀

    Was ist wenn wir als “großen Ball” sowas nehmen und gegebenenfalls mit Wasser füllen(um das Gewicht zu erhöhen)?

  8. #8 Alderamin
    6. Februar 2015

    @Znep82

    Wahrscheinlich haben die in dem Video nur mit Impulsen gerechnet. Ich erinnere mich noch an die Oberstufe, LK Physik, da haben wir den Impulsübertrag zwischen zusammenstoßenden Objekten berechnet und da musste man zwei Gleichungen für die Impulse und die Energien aufstellen und die Geschwindigkeiten beider Objekte finden, die beide Gleichungen erfüllen. Es wird eben nicht der gesamte Impuls übertragen, wenn ein Objekt wesentlich leichter ist als das andere, sondern das massivere Objekt gibt nur einen relativ kleinen Anteil ab, der der Energieerhaltung Rechnung trägt. Das Experiment mit den nebeneinander hängenden Kugelpendeln, wo immer nur die äußere angestoßen wird, funktioniert nur, weil die Kugeln alle die gleiche Masse haben.