关键概念
物理学
能量
碰撞
引言
你能说出多少种球类运动？其中有多少种运动同时使用多个球？几乎没有，对吧？确实同时使用多个球的运动最有可能使用质量、体积和材料相同的球。如果使用两个质量不同的球，比赛会变得非常困难吗？在这个活动中，你将探索如果你在篮球比赛中加入一个网球，或者在网球比赛中加入一个微小的乒乓球，或者任何其他组合，会发生什么。准备好感到惊讶了吗？试试看！
背景
运动中使用的球有各种尺寸、质量和材料。其中很多都能弹跳。无论是篮球在地面上弹跳，网球从球拍上弹跳，还是台球相互碰撞弹跳，弹跳都可以被视为碰撞。让我们看看物理学是否可以解释发生了什么。
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当弹跳的球落下时，它最初会获得速度或动能——运动的能量。当它到达地球时，它与一个极其巨大的物体正面碰撞，从你的角度来看，这个物体是静止的。球减速、暂时变形并反弹起来。球内的空气像弹簧一样——它被压缩并再次膨胀。在碰撞过程中，球的部分能量转化为热能。因此，球向上弹射的能量比它到达地球时所拥有的能量要少。我们的星球非常巨大，不会因碰撞而移动。
比较从相同高度掉落的重球和轻球很有趣。两个球的下落速度相似，但由于动能与物体的质量成正比，重球到达地球时具有更多的能量。它不一定会反弹得更高，因为它也需要更多的动能才能再次达到特定的高度。如果我们能将重球的动能传递给轻球呢？当两个球碰撞时，它们会交换能量。我们能否让一个球带着另一个球的能量飞走——如果可以，该怎么做？做这个活动来找出答案！
材料
一个篮球或其他大型弹跳球
一个网球或其他比大球更小更轻的弹跳球
一个乒乓球，比其他两个球都更小更轻（可选）
一个坚硬的表面用于弹跳球，最好在户外，周围有开阔的区域，球可以飞而不会撞到人或物体
一位助手（可选）
可以拍摄视频的相机（可选）
测量米的卷尺（可选）
准备工作
在您将进行活动的开放区域收集您的测试球。
注意：如果您的球弹跳不好，可能是泄气或旧了。您可以向一些球（如篮球、足球、排球等）充气。带有特殊充气部件的自行车泵可以帮助您完成这项工作。其他球，如网球或棒球，会随着使用而磨损。你认为泄气的球为什么弹跳不好？你认为使用过的网球为什么弹跳不好？
步骤
首先，将较大的球放在您面前的肩膀高度，让它自由落下，不要给它推力。它会弹跳回多高——几乎到您的肩膀、臀部、膝盖？
重复几次。球每次弹跳回来的高度是否大致相同？
用较小的球重复测试。你认为它会比大球弹跳得更高还是更低？这个球弹跳回多高？
重复几次。您的结果是否一致？
您认为球能弹跳回比您释放它的高度更高的位置吗？
像最初那样，将较大的球放在您面前的肩膀高度。将较小的球放在较大球的顶部，使它们刚好接触，并将其固定在那里。您可能需要助手来固定球的位置。稍后，您将同时释放两个球。您认为会发生什么？较大的球会下落得更快，还是两个球会一起下落？它们将如何弹跳回来？球会比以前弹跳得更高、相同还是更低？
尝试一下并观察。您可能需要尝试几次才能掌握正确的时机。您的预测正确吗？您能解释您观察到的现象吗？
重复上一步几次。结果是否一致？
比较球的质量。顶部的球（较小的球）比底部的球更重还是更轻？
像最初那样，将较小的球放在您面前的肩膀高度，并将较大的球放在顶部。您认为当您同时释放两个球时会发生什么？
进行几次测试。您的预测正确吗？您能解释您的观察结果吗？ 请注意，虽然之前较大的底部球可能比小的顶部球更重，但这次顶部球更重。
额外内容： 如果您有更多的球可用，请尝试其他组合，例如乒乓球放在篮球上或网球上。如果可以，请尝试堆叠三个球，例如将乒乓球放在网球的顶部，网球放在篮球上，然后同时释放所有球。确保您有足够的自由空间让球飞起来！
额外内容：如果您想要详细了解发生了什么，您可以使用相机拍摄实验过程。稍后，您可以在屏幕上慢动作研究移动的球。请注意，您可以计算球在视频中行进的速度（以米/秒为单位）。为此，将每秒帧数乘以球在两帧之间行进的距离（以米为单位）。在您的画面中放置一把米尺，或使用您的身高作为视频中距离的校准。
观察结果和结果
您是否发现无论您使用哪个球，单个球永远不会弹跳回您释放它的高度？在碰撞过程中，球的部分能量转化为热能。由于没有能量添加到球中，球以较少的动能弹跳回来，并且无法达到完全相同的高度。如果您最初给球施加了推力，您将添加能量，并且球可能会弹跳回更高的高度。
充气良好的球弹跳得更好，因为它内部有更多的空气。这使其能够更快地反弹，从而减少碰撞中的接触时间和接触面积，从而减少产生的热量。网球内部也有空气，但它们无法重新充气。
您是否也看到当较轻的球与较重的球同时释放时，较轻的球会高高地射向空中？两个球的下落速度相同，但较重的球在下落过程中获得更多的能量。当较轻的球在较重的球上弹跳时，它们会交换能量，较轻的球带着较重球的部分能量飞走。它达到的高度远远高于它被释放的高度。另一方面，重球几乎没有能量留下，并且移动不多。
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本活动由科学伙伴合作推出
