¿Por qué los objetos rebotan después de golpear el suelo?

Question

Cuando un objeto, como un zapato, cae desde una altura (bajo la influencia de la gravedad), rebota después de golpear el suelo. Para que un objeto se mueva hacia arriba, requiere una fuerza para superar su peso. Cuando el zapato golpea el suelo, parte de su energía se pierde y el suelo empuja hacia atrás con una fuerza menor que su peso, entonces ¿por qué rebota, si la fuerza hacia arriba no es lo suficientemente grande como para superar su peso?

Answer 1

Sea lo que sea en lo que aterrice el objeto y el objeto mismo actúan como un resorte y en compresión los objetos almacenan energía potencial elástica que proviene del movimiento hacia abajo (energía cinética) de los objetos.
Esa energía potencial elástica luego se convierte en energía cinética debido al movimiento hacia arriba del objeto que originalmente estaba cayendo.

En general, tales colisiones son inelásticas y por lo tanto no toda la energía cinética debido al movimiento hacia abajo se convierte en la energía cinética del movimiento hacia arriba.

Por lo tanto, es la elasticidad de los objetos lo que resulta en la fuerza para frenar el objeto que cae y luego ejercer una fuerza mayor que el peso del objeto para propulsarlo hacia arriba.

Actualización como resultado del comentario de @CortAmmon para mostrar el almacenamiento de energía potencial elástica.

¿El papá de todos?

Answer 2

Parece por las etiquetas de tu pregunta que quieres una respuesta utilizando las Leyes de Newton, en lugar de utilizar energía o elasticidad.

Vamos a asumir que hay dos fuerzas sobre el objeto:

1. El peso del objeto, tirando hacia abajo.

2. El suelo empujando sobre el objeto.

Veamos las posibilidades para la fuerza #2:

• No hay ninguna fuerza entre el suelo y el objeto (o la cantidad de esta fuerza es cero). En ese caso, el objeto permanece en caída libre incluso después de golpear el suelo, y pasa a través del suelo, aún acelerando. Sabemos por experiencia que esto no sucede.

• El suelo empuja hacia abajo sobre el objeto. En ese caso, el objeto acelera hacia abajo aún más de lo que lo hizo en caída libre, y pasa a través del suelo. Sabemos por experiencia que esto no sucede.

• El suelo empuja hacia arriba sobre el objeto, pero con menos fuerza que el peso del objeto. En ese caso, hay una fuerza neta hacia abajo en el objeto. El objeto seguirá acelerando hacia abajo, aunque menos de lo que lo había hecho en caída libre, y pasará a través del suelo. Sabemos por experiencia que esto no sucede.

• El suelo empuja hacia arriba sobre el objeto, con una fuerza igual al peso. En ese caso, el objeto está en equilibrio dinámico, para el cual aplica la 1ª Ley. El objeto en movimiento se mantiene en movimiento con la misma velocidad, y pasa a través del suelo. Sabemos por experiencia que esto no sucede.

• La única posibilidad restante es que el suelo empuja hacia arriba sobre el objeto con una mayor fuerza que el peso. Esto hace que la fuerza neta sea hacia arriba, la aceleración hacia arriba, y que el objeto se frene. Esto es lo que observamos por experiencia. Los objetos que golpean el suelo se frenan, ya sea que reboten o no.

Así que acabamos de demostrar que el suelo puede y realmente produce una fuerza mayor en el objeto que su peso. Si este efecto continúa después de que la velocidad del objeto alcance cero, entonces el objeto rebotará (es decir, es una colisión elástica). Por otro lado, si la fuerza se reduce al peso del objeto una vez que alcanza velocidad cero, el objeto se detendrá en el suelo (es decir, una colisión inelástica).

Hay otras formas más elaboradas y sólidas de ver el problema. Como decimos en física, "hay más de una forma de hacerlo". Sin embargo, esta es la respuesta utilizando solo las Leyes de Newton, y no es necesario hacerla más elaborada de lo que debe ser.

Answer 3

También hay muchos objetos que no rebotan cuando tocan el suelo, sino que se deforman. Por lo tanto, la energía potencial total almacenada en el cuerpo a cierta altura se utiliza para deformar el cuerpo y parte de la energía se pierde en forma de calor o energía sonora. Los objetos que son elásticos por naturaleza tienden a rebotar y estos objetos no se deforman o se deforman muy poco.