无论是在地面还是在空中,各种力都有助于球的运动。专注于球形球——比如高尔夫、棒球和篮球中使用的球——它们的大小和质量有助于决定它们的运动方式。除了对速度和轨迹有影响外,球的大小和质量也会影响外力对它们的影响。当两个相同直径的球由不同密度和质量的材料制成时,如果用相同的力或以相同的初始速度投射,质量密度较大的球将走得更远。
质量密度
物理是指像竞技运动中使用的球一样的“刚体”。对于运动中的刚体,物理领域的原理称为“动力学”。在有助于确定刚体运动方式的因素中,其单位长度的质量或质量密度在地面和空气中都起着至关重要的作用。质量密度高的物体一旦开始运动就更难移动,也更难停止。
飞行中的物体
垒球和铅球中使用的铅球之间的差异提供了质量密度影响的一个很好的例子。虽然两者的直径大致相等,但你会发现重金属球的质量远高于垒球。因此,铅球比垒球需要更大的力量或初始力。然而,由于铅球的高质量密度,空气摩擦和重力的向下拉力等力对其飞行的影响小于垒球。换句话说,铅球将比垒球走得更远,因为其质量使其不易受到空气摩擦和重力的影响。
地面上的物体
虽然惯性定律在空气和地面上的工作方式相似,但有助于确定球如何滚动的力在两者之间略有不同。在水平地面上,重力和空气摩擦对物体滚动的影响不大。代替重力和空气摩擦力,表面摩擦力在决定球如何滚动中起着重要作用。与飞行中的球类似,表面摩擦阻碍低质量密度球(如足球)的运动,而阻碍高质量密度球(如保龄球)的运动。换句话说,在直径相等的情况下,质量越大的球滚动得越远。
初始力和运动
由于外力的不同影响,如果你能用无限大的力发射两者,那么高质量密度的球会比低质量密度的球走得更远更快。虽然你不能这样做,但在相同的初始速度下投掷或滚动不同质量密度的球会获得相同的效果。用比乒乓球更大的力量打高尔夫球就是一个例证。当你以相同的初始速度发射两个球时,高尔夫球会被送上天空,而空气摩擦会在乒乓球离开发球台后不久结束它的飞行。
你可以在地面上看到类似的效果。虽然在相同的初始速度下,保龄球需要更大的力量来滚动,但与滚动的篮球相比,保龄球的质量密度更高,会产生更大的旋转动量。表面会很快减慢篮球的速度,最终使它停止,而保龄球的高质量密度和旋转力将继续携带它更长的距离。