เด้ง เด้ง เด้ง . . .

ให้เราสำรวจเสียงของลูกบอลที่กระดอนในบทความนี้ เป็นสิ่งที่ดีสำหรับรายการบล็อกเนื่องจากมีเอกสารเพียงเล็กน้อยที่เน้นการตีกลับ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถให้ภาพรวมที่ดีของฟิลด์ได้ นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในเสียงที่เราสามารถระบุได้อย่างชัดเจน เราทุกคนรู้เมื่อเราได้ยินมัน

นี่คือลิงค์ไปยังแบบจำลองการตีกลับใน Nemisindo:https://nemisindo.com/models/bouncing.html

เสียงกระดอนมีสององค์ประกอบที่สามารถจัดการแยกกันได้ เสียงของการกระดอนครั้งเดียวและจังหวะระหว่างการกระดอน

ลองพิจารณาด้านที่สอง หากเราปล่อยลูกบอลจากความสูงระดับหนึ่งและไม่สนใจการลากใด ๆ เวลาที่ใช้ในการตกถึงพื้นจะถูกกำหนดโดยแรงโน้มถ่วง เมื่อกระแทกพื้น พลังงานบางส่วนจะถูกดูดซับเมื่อกระทบ ดังนั้นมันอาจเคลื่อนที่ลงด้วยความเร็วv 1 ก่อนกระแทก และหลังจากกระแทกจะเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วv 2 อัตราส่วนv 2/ v 1 เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การคืนตัว (COR) ค่า COR สูงหมายความว่าลูกบอลจะเคลื่อนที่กลับขึ้นไปเกือบถึงความสูงเดิม และค่า COR ต่ำหมายความว่าพลังงานส่วนใหญ่ถูกดูดซับและจะเคลื่อนที่ขึ้นไปในระยะทางสั้นๆ เท่านั้น

เมื่อรู้ COR เราสามารถใช้สมการการเคลื่อนที่อย่างง่ายเพื่อกำหนดเวลาระหว่างการกระดอนแต่ละครั้ง และเนื่องจากผลรวมของเวลาระหว่างการตีกลับเป็นอนุกรมที่บรรจบกัน เราสามารถหาเวลาสูงสุดได้จนกว่าจะหยุดการตีกลับ ในทางกลับกัน การวัดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากเวลาระหว่างการกระดอนนั้นเป็นการทดลองทางฟิสิกส์บนโต๊ะอย่างแท้จริง (Aguiar 2003, Farkas 2006, Schwarz 2013) และพลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับกำลังสองของความเร็ว ดังนั้นเราจึงรู้ว่าพลังงานที่สูญเสียไปเท่าไรในการกระดอนแต่ละครั้ง ซึ่งยังช่วยให้ทราบว่าระดับเสียงของการกระดอนต่อเนื่องควรลดลงอย่างไร

[ที่มาของทั้งหมดนี้ถูกปล่อยให้ผู้อ่าน แต่อีกครั้ง การประยุกต์ใช้สมการการเคลื่อนที่อย่างตรงไปตรงมาที่ให้เวลาขึ้นอยู่กับตำแหน่งและความเร็วภายใต้ความเร่งคงที่]

การขยายแนวทางนี้ไม่ใช่เรื่องยาก เช่น การรวมแรงต้านลมหรือพื้นผิวที่ลาดเอียง แต่ถ้าคุณวางลูกบอลบนแท่นที่มีการสั่นสะเทือน พฤติกรรมที่ไม่เชิงเส้นที่ยอดเยี่ยมทุกประเภทสามารถสังเกตได้ ความโกลาหล ล็อค และพูดพล่อยๆ (ลัค 2536)

ตัวอย่างเช่น ดูวิดีโอต่อไปนี้ ซึ่งแสดงพฤติกรรมที่น่าสนใจบางอย่างที่ลูกบอลกระดอนทั้งหมดดูเหมือนจะรวมตัวกันที่ด้านใดด้านหนึ่งของพาร์ติชัน

มากสำหรับจังหวะของการกระดอน แต่เสียงของการกระดอนครั้งเดียวล่ะ? Nagurka (2004) ได้จำลองการกระดอนเป็นระบบแมส-สปริง-แดมเปอร์ โดยให้เวลาในการสัมผัสสำหรับการกระดอนแต่ละครั้ง Stoelinga (2007) ได้วิเคราะห์รายละเอียดเกี่ยวกับเสียงกระดอนและกลิ้ง ซึ่งให้ความสมจริงมากขึ้นเล็กน้อยโดยการจับภาพบางแง่มุมของเสียงกระดอน มันมีข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากมาย และข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับฟิสิกส์และการรับรู้ของการกระดอน แต่ยังหยุดอธิบายวิธีการสังเคราะห์การกระดอน

ในการจับเสียงของการกระดอนจริงๆ ควรใช้บางอย่าง เช่น การสังเคราะห์ด้วยโมดอล นั่นคือ เราควรระบุโหมดที่ตื่นเต้นต่อผลกระทบของลูกบอลบนพื้นผิวที่กำหนด และอัตราการสลายตัว Farnell วัดโหมดเหล่านี้สำหรับวัสดุบางชนิด และใช้ค่าเหล่านั้นเพื่อสังเคราะห์การกระดอนในDesigning Sound แต่บางทีการวิเคราะห์และการสร้างเสียงดังกล่าวอย่างละเอียดที่สุด อย่างน้อยที่สุดเท่าที่ฉันทราบ ก็คืองานของDavide Rocchessoและเพื่อนร่วมงานของเขา ซึ่งเป็นผู้นำในสาขาการสังเคราะห์เสียงและการออกแบบเสียง พวกเขาสร้างผลงานที่มีประโยชน์มากมายในพื้นที่นี้ แต่จุดเริ่มต้นที่ยอดเยี่ยมคือThe Sounding Object

คุณทราบงานวิจัยที่น่าสนใจอื่น ๆ เกี่ยวกับเสียงกระดอนหรือไม่? แจ้งให้เราทราบ.

สัปดาห์หน้า ผมจะพูดถึงเสียงกระดอนต่อไปด้วยการอภิปรายเรื่อง

อ้างอิง:

• Aguiar CE, Laudares F. ฟังค่าสัมประสิทธิ์การคืนตัวและการเร่งแรงโน้มถ่วงของลูกบอลที่กระดอน วารสารฟิสิกส์อเมริกัน. 2546 พฤษภาคม;71(5):499–501.
• Farkas N, Ramsier RD. การวัดค่าสัมประสิทธิ์การชดเชยทำได้ง่าย ฟิสิกส์ศึกษา. 2549 ม.ค.41(1):73.
• Luck, JM and Mehta, A., 1993. ลูกบอลเด้งพร้อมการชดเชยที่จำกัด: การคุยกัน การล็อก และความโกลาหล การตรวจสอบทางกายภาพ E, 48(5), p.3988
• Nagurka, M. , Shuguang H,. “แบบจำลองมวล-สปริง-แดมเปอร์ของลูกกระดอน” American Control Conference, 2004. ฉบับ 1. IEEE, 2004.
• Schwarz O, Vogt P, Kuhn J. การวัดเสียงของลูกกระดอนและการหาค่าความเร่งโน้มถ่วง ครูฟิสิกส์ 2013 พฤษภาคม;51(5):312–3.
• Stoelinga C, Chaigne A. การสร้างแบบจำลองโดเมนเวลาและการจำลองวัตถุกลิ้ง แอคต้า อะคัสติก้า รวมกันเป็น อะคัสติก้า 2550 1 มี.ค.;93(2):290–304.