ボールの回転が突然逆回転する

質問

ボールを水平方向に回転をかけて、地面に落とすと、跳ね返ってきたボールは当初の回転の、真、逆回転となっています。
これはいったいどういうことなのでしょうか？

回答No.1

sawaya · ベストアンサー

物理学でいうところの作用・反作用でしょうか。
たとえば自然落下したボールは地面に当たると跳ね返ってきますが。これは下向きのエネルギーを地面と交換して、逆に上向きのエネルギーを地面からもらうということですよね。地面は大きすぎて動きませんが。
ビリヤードの玉がほかの玉と完全に正面衝突すると、打った球は停止し、当たった玉はほぼ同じ速度で同じ軌道を動きますよね（正確には音のエネルギー損失がありますが）。これは玉の質量が同じため起きる現象です。ボールと地球では圧倒的に質量が違うためご指摘のような現象になるのですが、うーん、分かっていただけたかなぁ。ちなみににこの場合は直線的なエネルギー交換ではなく回転モーメントの交換ということになるのかな。

回答No.3

Teleskope

子どもの頃遊んだスーパーボール思い出しますね！　高弾性で表面が滑らない合成ゴムのボールです。
http://www.ogawag.co.jp/superball/syousai/daia.html

　固い床に斜めにぶつけると、単純な反射の法則でない反射をします。
http://accad.osu.edu/~didemoto/id750/images/01_superball.jpg
ずをよく見ると反射の度に回転方向が反転してますね。最初に回転を与えなくても回転してしまうのです。

　イメージトレーニング
回転してない普通のボールを壁にぶつけると 普通に跳ね返ってきますが、これは壁の中にボールが入り込めないので「速度が逆向きに」なったからです。
　なぜ逆向きになるのかを細かく言うと、
ボールの 壁に当たった表面部分は壁に入り込めないから止まる、しかし後ろから押されるのでバネのように縮む、速度エネルギがバネを変形させる仕事に使われてしまう。
壁は不動。バネが戻るとき不動の壁を蹴る形になる、結果、ボールが跳ね返ります。

　で、
回転ボールでは、床に接した局部は滑れないから回転が急停止、他の大部分は回転運動の勢いを持っており止まった部分との間で弾性変形が起きる、それが戻るとき、回転方向が反転します。まったく滑らないという条件下でです。

　そのとき、
まったく滑らないと、クルマのタイヤと車体の関係と同じように、回転と車体（ボール）の移動が結びつきます。（ 空中を移動してるあいだは回転と移動は独立勝手ですよね。）　その結果が 上記の絵の バウンドの距離が縮まったり伸びたりを交互に繰り返す現象です。ボールが横に動くスピードと回転が、バウンドのたびに交換を繰り返してるのです。
学校の教室で うまく回転を付けて強く何度か反射させると、同じ経路を逆向きに戻って来させることもできました。

　数式では、「上記」と「縦の単純バウンド」の方向が直角だから運動は独立してると見なして 別個に保存則を書きました。運動方程式の積分とかでなく高校で解ける代数式でした。　私の方から答を書いてしまうと課題の質問などの場合削除されますので、必要ならあなたが立てた式を質問の形で呈示してください。

回答No.2

fobi

予想ですが
ボールと地面の間の摩擦がかなり大きくて、ボールが地面から跳ね返る時に回転が摩擦で跳ね返って逆回転するんじゃないでしょうか？

ちなみにゴムボールでじゅうたんの上にに質問と同じことをしましたが逆回転しませんでした（笑）

お礼

コンクリート地面がいいです。
テーブルの上でもいいです。