Warum springt der Ball?

Bälle springen - das ist Dir bekannt, egal ob vom Fußball, Tennis, Tischtennis oder dem Spiel mit dem Flummi. Stopp, wenn Dein Fußball Luft verloren hat ist er platt und springt nicht mehr! Hast Du Dich schon mal gefragt, warum das alles so ist? Dann an die Bälle und probier es aus!

 

Du brauchst:

Verschiedene Bälle und Kugeln, beispielsweise einen Fußball, einen Basketball, einen Flummi, einen Tennisball, einen Tischtennisball, einen Softball, einen Jonglierball, Murmeln sowie Kugeln aus Holz, Eisen und Styropor und einen Stahltopf.

Teste die Sprungkraft aller Bälle und Kugeln, derer Du habhaft werden konntest, einmal durch. Zu welchem Ergebnis kommst Du? Mit der Sprungkraft von Basketball und Fußball wirst Du beispielsweise zufrieden sein, mit der Styropor- und der Eisenkugel eher nicht. Woran liegt das? In den Bällen ist Luft, in den Kugeln nicht - liegt es daran? Aber der Flummi, der aus Gummi besteht, springt noch besser, auch ohne Luft in seinem Inneren.

Des Rätsels Lösung

Der Grund für die Sprungkraft liegt in der so genannten Impuls- und Energieerhaltung. Der Impuls beschreibt den Zustand einer bewegten Masse, zum Beispiel eines Balls. Er ergibt sich aus der Masse des Balls, die mit ihrer Geschwindigkeit multipliziert wird.

Ein Beispiel: Lege mit etwas Abstand voneinander zwei gleiche große und schwere Murmeln auf den Tisch. Sie haben die gleiche Masse. Schippe Murmel 1 auf die Mitte von Murmel 2. Beim Zusammenprall bleibt Murmel 1 etwa an Ort und Stelle liegen. Murmel 2 rollt hingegen mit der gleichen Geschwindigkeit, die Murmel 1 vor dem Aufprall hatte, weiter. Der Impuls und die Energie von Murmel 1 wurden also an Murmel 2 weitergegeben.

Gut und schön. Aber ersetze mal die zweite Murmel durch eine viel größere und schwerere Kugel und schnippe Murmel 1 wieder auf die Mitte. Die große Kugel rührt sich kaum, und die Murmel springt zurück. Warum? Beim Zusammenstoß der beiden Körper wird die Bewegungsenergie der Murmel abgegeben, dabei kommt es kurz zu einer für Dich nicht sichtbaren Verformung. Diese Verformung dient kurz als Speicher für die Bewegungsenergie, das bezeichnen Physiker als so genannte potenzielle Energie. Ist ein Körper elastisch, geht die Verformung wieder zurück und diese gespeicherte potenzielle Energie wird wieder in Bewegungsenergie zurückverwandelt. Ein Vergleich: Das Gegenteil eines elastischen Körpers ist ein plastischer, der sich bei einem Aufprall dauerhaft verformt wie beispielsweise ein Auto, dass gegen einen Pfosten fährt.

Die Murmel aber springt nun weg, die sich wegen ihrer großen Masse kaum rührt. Wird ein Ball zu Boden oder gegen eine Wand geschlagen, trifft auch er auf eine viel größere Masse und springt zurück.

Je geringer die nicht elastische Verformung, desto besser springt ein Ball. Das funktioniert umso besser, je fester Ball, Boden und Wand sind. Auf Schlamm springt ein Ball nicht, weil der Stoß des Balls den Schlamm verformt. Der platte Ball springt auch nicht. Auch eine auf die Wiese geworfene Eisenkugel nicht gut, denn sie verformt den Boden. Doch lass die Eisenkugel mal auf einen Stahltopf fallen: Siehe da, sie hüpft auf und ab. Auch eine Stahlkugel kann auf dem richtigen Untergrund springen wie ein Ball!


MurmelnVon Murmel zu Murmel wandern Energie und Impuls. (Bild: Birgit Bender)
HolzkugelDie schwere Holzkugel rührt sich kaum vom Fleck. (Bild: Birgit Bender)
MetallkugelLass doch auch mal eine Metallkugel springen! (Bild: Birgit Bender)