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Im Slow-Motion-Video erkennt man gut, wie sich ein Tennisball beim Aufprall verformt. Physiker beschreiben den Vorgang als Umwandlung von kinetischer Energie in potenzielle Energie. Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie. Je größer Masse und Geschwindigkeit des Objekts, desto größer seine kinetische Energie. Beim Aufprall bremst der Ball ab, die kinetische wird in potenzielle Energie umgewandelt. Sie wird in die Verformung des Balls gesteckt. Wenn der Ball wieder seine ursprüngliche Form annimmt, stößt er sich vom Boden ab und springt hoch. Die in ihm gespeicherte potenzielle Energie ist wieder in kinetische Energie, also in Bewegungsenergie umgewandelt worden.
Ein Teil der Energie wird "verloren"
Theoretisch könnte ein Ball so unendlich lang immer wieder zurückspringen. In der „echten“ Welt wird aber nicht die gesamte kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt und umgekehrt. Ein Teil der Energie geht in andere Energieformen über und damit verloren. Das führt dazu, dass der Ball immer weniger hoch springt.
Was passiert mit der "verlorenen" Energie?
Man kann den Energieverlust sogar hören: das ist die Schallenergie, die man als das Plopp des aufprallenden Tennisballs hört. Der restliche Teil der Energie wird in Wärme umgewandelt. Sie entsteht durch die Reibung des Balls auf dem Untergrund und durch die Reibung der Kautschukmoleküle aneinander, wenn sich der Tennisball verformt. Dazu kommt noch die Wärme, die entsteht wenn Gasmoleküle im Inneren des Tennisballs aneinander reiben.
Warum sind Tennisbälle hohl?
Denn ein großer Teil der Sprungkraft eines Tennisballs geht darauf zurück, dass er innen hohl ist. Turnierbälle sind mit Luft oder Stickstoff unter ungefähr doppeltem Atmosphärendruck gefüllt. Beim Aufprall werden die Gasmoleküle zuerst zusammengedrückt, dann stoßen sie sich wieder voneinander ab und drücken den Ball in seine ursprüngliche runde Form zurück. Dabei stößt er sich vom Boden ab und springt hoch. Wie wichtig die Luft oder der Stickstoff im Inneren des Balls ist, wird deutlich, wenn man ein Loch in den Ball sticht: Jetzt springt er wesentlich schlechter zurück.
Schwingungen verursachen das Wabbeln
Auf dem Slow-Motion-Video erkennt man auch sehr gut, wie der Ball nach dem Aufprall hin und her wabbelt. Das sind Schwingungen, wie man sie auch bei einem mit Wasser gefüllten Luftballon beobachten kann. Wissenschaftler haben gemessen, dass sie bei einem Tennisball weniger als eine Tausendstelsekunde von einer Seite des Balls zur anderen benötigen. Dort werden sie reflektiert und wandern ein paar Mal hin und her, bevor sie verebben. Die Schwingungsenergie ist dann ebenfalls in Wärmeenergie umgewandelt worden.
Autor : FNR
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