Bola memantul

Fisika bola memantul memperhatikan sifat fisik bola yang memantul, terutama geraknya sebelum, sesaat, dan setelah tumbukan terhadap permukaan benda lain. Beberapa aspek sifat bola memantul menjadi pengenalan mekanika di materi fisika sekolah menengah atas dan strata satu. Namun, pemodelan yang lebih tepat dari sifat bola memantul sebenarnya rumit dan termasuk dalam teknik olahraga.^[1]

Gerak bola secara umum dideskripsikan sebagai gerak parabola (yang dapat dipengaruhi oleh gravitasi, gaya hambat, efek Magnus, dan gaya apung), sedangkan tumbukannya biasanya dicirikan melalui koefisien lenting (yang dapat dipengaruhi sifat bola, sifat menumbuk permukaan, kecepatan tumbukan, rotasi, dan keadaan medan sepereti suhu dan tekanan). Untuk memastikan pertandingan berlangsung adil, ada banyak induk organisasi olahraga yang memberi batas pantulan bolan dan melarang perusakan dengan properti aerodinamika bola. Pantulan bola telah menjadi fitur olahraga, bahkan pada olahraga kuno seperti permainan bola Mesoamerika,^[2]

Gaya ketika melayang dan efek pada gerak

Gaya yang bekerja pada bola berputar saat melayang: gaya gravitasi (F_G), gaya hambat (F_D), gaya Magnus (F_M), dan gaya apung (F_B).

Gerak bola memantul mengikuti gerak parabola. Ada banyak gaya yang bekerja pada bola nyata, yakni gaya gravitasi (F_G), gaya hambat karena hambatan udara (F_D), gaya Magnus karena perputaran bola (F_M), dan gaya apung (F_B). Secara garis besar, untuk menganalisis gerak bola, hukum kedua Newton harus digunakan dengan memasukkan semua gaya yang ada:^[3]

{\begin{aligned}\sum \mathbf {F} &=m\mathbf {a} ,\\\mathbf {F} _{\text{G}}+\mathbf {F} _{\text{D}}+\mathbf {F} _{\text{M}}+\mathbf {F} _{\text{B}}&=m\mathbf {a} =m{\frac {d\mathbf {v} }{dt}}=m{\frac {d^{2}\mathbf {r} }{dt^{2}}},\end{aligned}}

di mana m adalah massa bola. Dalam rumus tersebut, a, v, r mewakili percepatan, kecepatan, dan kedudukan bola terhadap waktu t.^[3]^[4]

Tumbukan

Kompresi (A→B) dan dekompresi (B→C) dari sebuah bola yang menumbuk terhadap eprmukaan. Gaya tumbukan biasanya proporsional dengan jarak kompresi, setidaknya untuk kompresi kecil, dan bisa dimodelkan sebagai gaya pegas.^[5]^[6]

Ketika bola menumbuk permukaan, permukaan akan menolak balik dan bergetar, begitu pun bola; menciptakan bunyi dan panas dan bola pun kehilangan energi kinetik. Selain itu, tumbukan dapat memberi sedikit rotasi pada bola, mengubah sebagian energi kinetik translasional menjadi energi kinetik rotasional. Energi yang hilang biasanya dicirikan (secara tidak langsung) melalui koefisien lenting (dilambangkan e):^[7]^{[catatan 1]}

e=-{\frac {v_{\text{f}}-u_{\text{f}}}{v_{\text{i}}-u_{\text{i}}}},

di mana v_f dan v_i adalah kecepatan akhir dan awal bola, sedangkan u_f dan u_i adalah kecepatan akhir dan awal saat menumbuk permukaan masing-masing. Dalam kasus khusus di mana bola menumbuk permukaan yang tak dapat bergerak, koefisien lenting menjadi lebih sederhana, yakni^[7]

e=-{\frac {v_{\text{f}}}{v_{\text{i}}}}.

Untuk bola yang jatuh terhadap lantai, koefisien lenting akan berkisar antara 0 (tidak lenting, kehilangan energi total) dan 1 (lenting sempurna, tidak ada energi yang hilang). Nilai koefisien lenting di bawah 0 atau di atas 1 secara teoritis mungkin, namun akan menandakan bahwa bola menembus permukaan (e<0) atau permukaan tidak "kendur" ketika bola menumbuknya (e>1), seperti dalam kasus bola mendarat di atas platform berisi pegas.^[7]

Catatan

^ Dalam kasus ini, v dan u bukan hanya besaran kecepatan, namun juga termasuk arahnya (tanda).

Rujukan

^ Cross, Rod (11 November 2002). "Grip-slip behavior of a bouncing ball" (PDF) (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 6 Juli 2019.
^ Whittington, E. M., ed. (2001). The Sport of Life and Death: The Mesoamerican Ballgame. Thames & Hudson. ISBN 0-500-05108-9.
^ ^a ^b Brancazio, P. J. (1985). "Trajectory of a fly ball". The Physics Teacher. 23 (1): 20. Bibcode:1985PhTea..23...20B. doi:10.1119/1.2341702.
^ Walker, J. (2014). Fundamentals of Physics (10th Extended ed.). John Wiley & Sons. Figure 4-8, p. 70. ISBN 978-1-118-23072-5.
^ Cross, R. (1999). "The bounce of a ball" (PDF). American Journal of Physics. 67 (3): 222. Bibcode:1999AmJPh..67..222C. doi:10.1119/1.19229.
^ Georgallas, A.; Landry, G. (2016). "The coefficient of restitution of pressurized balls: A mechanistic model". Canadian Journal of Physics. 94 (1): 42. Bibcode:2016CaJPh..94...42G. doi:10.1139/cjp-2015-0378.
^ ^a ^b ^c "Coefficient of restitution". RacquetResearch.com. Archived from the original on 2016-11-23. Retrieved 2017-01-27.

[v-sign-8] Dalam kasus ini, v dan u bukan hanya besaran kecepatan, namun juga termasuk arahnya (tanda).

[1] Cross, Rod (11 November 2002). "Grip-slip behavior of a bouncing ball" (PDF) (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 6 Juli 2019.

[Whittington2001-2] Whittington, E. M., ed. (2001). The Sport of Life and Death: The Mesoamerican Ballgame. Thames & Hudson. ISBN 0-500-05108-9.

[Brancazio1985-3] Brancazio, P. J. (1985). "Trajectory of a fly ball". The Physics Teacher. 23 (1): 20. Bibcode:1985PhTea..23...20B. doi:10.1119/1.2341702.

[Walker2014-4] Walker, J. (2014). Fundamentals of Physics (10th Extended ed.). John Wiley & Sons. Figure 4-8, p. 70. ISBN 978-1-118-23072-5.

[Cross1999-5] Cross, R. (1999). "The bounce of a ball" (PDF). American Journal of Physics. 67 (3): 222. Bibcode:1999AmJPh..67..222C. doi:10.1119/1.19229.

[Georgallas2016-6] Georgallas, A.; Landry, G. (2016). "The coefficient of restitution of pressurized balls: A mechanistic model". Canadian Journal of Physics. 94 (1): 42. Bibcode:2016CaJPh..94...42G. doi:10.1139/cjp-2015-0378.

[RacquetResearch-7] "Coefficient of restitution". RacquetResearch.com. Archived from the original on 2016-11-23. Retrieved 2017-01-27.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[catatan 1]