Mechanik: Von nichts kommt nichts - oder?
Wie man an die Wand wirft, so springt es zurück. Denn schon unsere Schulweisheit lehrt, dass Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß sind, wenn ein Ball schräg auf eine Wand trifft. Und auf keinen Fall darf der Ball schneller zurückkommen, als er geworfen wurde. Nur scheinen manche Bälle diese Gesetze nicht zu kennen.
Auf manche Dinge im Leben verlassen wir uns blind: Ein Ball fällt niemals nach oben, sondern immer nach unten, und prallt er vom Boden ab, springt er niemals höher, als seine Ausgangshöhe war. Kein Wunder also, dass Michel Louge von der Cornell-Universität schräg angeschaut wurde, als er im Jahr 2002 berichtete, dass seine Kugeln aus Aluminiumoxid mit höherer vertikaler Geschwindigkeit von einer Kunststoffwand abprallten, als sie auftrafen. "Zuerst hat man mich für verrückt gehalten", sagt der durchaus seriöse Physiker. Doch nachdem er penibel die experimentellen Bedingungen auf eventuelle Fehler geprüft hatte und immer noch den gleichen Effekt sah, stand fest: Irgendetwas passiert beim Aufprall, das bislang kaum jemand beobachtet oder gar beschrieben hatte. Immerhin gab es vereinzelte Berichte, die ähnliches über die Reflexion dünner Scheiben aussagten. Louge war zwar einsam, aber nicht ganz allein.
In seinen Testreihen stellte er zunächst fest, dass die Bälle zwar an den Gesetzen der Physik kratzen, sie aber zumindest nicht über den Haufen werfen. Betrachtet man die Geschwindigkeit der Kugeln in Flugrichtung, so wurden sie durch den Zusammenstoß mit der Wand regelkonform etwas langsamer. Ein erhöhtes Tempo hatte nur die senkrecht zur Wand stehende Bewegungskomponente. Die Kugeln flogen also schneller von der Wand weg, aber dafür war der Anteil parallel zum Hindernis langsamer. Irgendwie musste die Wand die Kugeln auf andere Wege gelenkt haben, als eigentlich zu erwarten war. Denn ohne Spin wie beim Tennis oder Billard hätten Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß sein müssen. Was genau im Moment des Zusammenstoßes passiert, blieb jedoch ein Rätsel.
Mit einer Simulation am Computer haben Hiroto Kuninaka und Hisao Hayakawa von der Universität Kyoto nun das Paradox aufgeklärt. Ihr Modell beschränkt sich auf zwei Dimensionen und ist damit total flach, dafür erlaubt es, die Bewegungen und Verformungen von Wand und Kugel in hoher zeitlicher Auflösung mitzuverfolgen. Es stellte sich heraus, dass die Wand umbedingt elastischer sein muss als die Kugel, um sie in vertikaler Richtung zu beschleunigen. Etwa wie ein Skispringer, der sich von der Schanze abstößt, kann ein Ball dann seinen horizontalen Schwung in vertikales Tempo umwandeln.
Für Ballsportler haben die Erkenntnisse der japanischen Forscher sicherlich nichts Neues gebracht. In bestimmten Zweigen der Industrie wird man die Arbeit jedoch mit großer Aufmerksamkeit gelesen haben. Denn wo riesige Mengen winziger Körnchen gelagert und transportiert werden müssen, simulieren schon lange Wissenschaftler, wie die Teilchen sich verhalten. Damit nicht eines Tages ein Zementlager oder ein Getreidespeicher platzt, weil die Körnchen einen physikalischen Trick auf Lager haben, den nur leider noch niemand kannte.
In seinen Testreihen stellte er zunächst fest, dass die Bälle zwar an den Gesetzen der Physik kratzen, sie aber zumindest nicht über den Haufen werfen. Betrachtet man die Geschwindigkeit der Kugeln in Flugrichtung, so wurden sie durch den Zusammenstoß mit der Wand regelkonform etwas langsamer. Ein erhöhtes Tempo hatte nur die senkrecht zur Wand stehende Bewegungskomponente. Die Kugeln flogen also schneller von der Wand weg, aber dafür war der Anteil parallel zum Hindernis langsamer. Irgendwie musste die Wand die Kugeln auf andere Wege gelenkt haben, als eigentlich zu erwarten war. Denn ohne Spin wie beim Tennis oder Billard hätten Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß sein müssen. Was genau im Moment des Zusammenstoßes passiert, blieb jedoch ein Rätsel.
Mit einer Simulation am Computer haben Hiroto Kuninaka und Hisao Hayakawa von der Universität Kyoto nun das Paradox aufgeklärt. Ihr Modell beschränkt sich auf zwei Dimensionen und ist damit total flach, dafür erlaubt es, die Bewegungen und Verformungen von Wand und Kugel in hoher zeitlicher Auflösung mitzuverfolgen. Es stellte sich heraus, dass die Wand umbedingt elastischer sein muss als die Kugel, um sie in vertikaler Richtung zu beschleunigen. Etwa wie ein Skispringer, der sich von der Schanze abstößt, kann ein Ball dann seinen horizontalen Schwung in vertikales Tempo umwandeln.
Für Ballsportler haben die Erkenntnisse der japanischen Forscher sicherlich nichts Neues gebracht. In bestimmten Zweigen der Industrie wird man die Arbeit jedoch mit großer Aufmerksamkeit gelesen haben. Denn wo riesige Mengen winziger Körnchen gelagert und transportiert werden müssen, simulieren schon lange Wissenschaftler, wie die Teilchen sich verhalten. Damit nicht eines Tages ein Zementlager oder ein Getreidespeicher platzt, weil die Körnchen einen physikalischen Trick auf Lager haben, den nur leider noch niemand kannte.
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