Physikalische Erklärung des Dreh- und Springverhaltens eines Vollgummiballs

Beim Aufprall eines Vollgummiballs auf den Boden ändert sich nicht nur der Impuls, allerdings ebenfalls der Drehimpuls. Die Drehung des Balls um seine eigene Achse und die Reibung zwischen Gummiball und Untergrund spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Wenn ein Vollgummiball mit einer Drehbewegung um sich selbst auf den Boden geworfen wird, springt er nach jedem Aufprall in die entgegengesetzte Richtung und seine Drehrichtung kehrt sich um. Dieses Verhalten lässt sich physikalisch erklären.

Beim ersten Aufprall des Vollgummiballs auf den Boden verformt er sich elastisch und wird in vertikaler Richtung um eine bestimmte Strecke gedehnt. Dabei verringert sich seine Geschwindigkeit bis auf Null. Anschließend entspannt sich der Ball wieder und die Spannkraft sorgt dafür, dass der Ball in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird.

Zusätzlich zur Translation also der geradlinigen Bewegung des Balls senkrecht ⬇️ findet eine Rotation um die körpereigene Rotationsachse statt die durch den Kugelmittelpunkt verläuft und vertikal ausgerichtet ist. Beim Aufprall auf den Boden haftet der Ball aufgrund der starken Reibung mit der Berührungsfläche fest auf dem Boden. Dadurch kommt es zu einer elastischen Torsion ´ ähnlich einer Spiralfeder ` bei der die Drehbewegung des Balls bis zum Stillstand gelangt.

Durch die elastische Spannkraft des Balls wird dieser in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt und verlässt den Boden mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie beim Aufprall freilich mit umgekehrter Drehrichtung. Dieser Effekt tritt auch bei einem schrägen Einfall des Balls aufgrund der erhöhten Reibung zwischen Gummiball und Untergrund auf.

Der Wechsel der Drehrichtung des Vollgummiballs nach jedem Aufprall ist also auf die Änderungen des Impulses und des Drehimpulses während des Aufpralls zurückzuführen. Die Masse und das Trägheitsmoment des Balls bleiben dabei dauerhaft, während die Vektoren Geschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit ihre Richtungen ändern.

Insgesamt ist das Dreh- und Springverhalten eines Vollgummiballs ein komplexer physikalischer Sachverhalt der durch die Kombination von Translation und Rotation und auch durch die Wirkung von Impulsänderungen und Reibungseffekten erklärt werden kann.