Que ce soit au sol ou dans les airs, diverses forces contribuent au mouvement d'une balle. En se concentrant sur les balles sphériques - telles que celles utilisées dans le golf, le baseball et le basket-ball - leur taille et leur masse aident à déterminer comment elles voyagent. En plus d'avoir un impact sur la vitesse et la trajectoire, la taille et la masse des balles contribuent également à la manière dont les forces externes les affectent. Lorsque deux billes de même diamètre sont faites de matériaux de densité et de masse différentes, la balle avec la plus grande densité de masse se déplacera plus loin si elle est projetée avec la même quantité de force ou à la même vitesse initiale.
Masse volumique
La physique désigne les balles comme celles utilisées dans les sports de compétition comme des «corps rigides». Pour les corps rigides en mouvement, les principes du domaine physique dit "dynamique" s'appliquent. Parmi les facteurs qui aident à déterminer comment un corps rigide se déplace, sa masse par unité de longueur, ou densité de masse, joue un rôle vital à la fois au sol et dans l'air. Un objet avec une densité de masse élevée s'avère plus difficile à déplacer et aussi plus difficile à arrêter une fois qu'il commence à se déplacer.
Objets en vol
La différence entre les balles de softball et les coups utilisés dans le lancer du poids fournit un excellent exemple des effets de la densité de masse. Bien que les deux soient approximativement de diamètre égal, vous trouverez la masse du tir de métal lourd beaucoup plus élevée que celle du softball. En tant que tel, le lancer du poids nécessite une plus grande force, ou force initiale, que de lancer une balle molle. En raison de la densité de masse élevée du tir, cependant, des forces telles que le frottement de l'air et la traction vers le bas de la gravité affectent moins son vol que celui d'une balle molle. En d'autres termes, le tir voyagera plus loin que le softball, car sa masse le rend moins vulnérable au frottement de l'air et à la gravité.
Objets au sol
Alors que la loi d'inertie fonctionne de manière similaire sur l'air et le sol, les forces qui aident à déterminer comment une balle roule diffèrent légèrement entre les deux. Sur un sol plat, la gravité et la friction de l'air n'influent pas de manière significative sur la façon dont un objet roule. Au lieu des forces de gravité et de friction de l'air, la friction de surface joue un rôle majeur dans la détermination du roulement des billes. Semblable aux balles en vol, le frottement de surface empêche le mouvement des balles à faible densité de masse, telles que les ballons de football, plus que celles à haute densité de masse, telles que les boules de bowling. En d'autres termes, étant donné une taille égale en termes de diamètre, la balle avec la plus grande masse roulera plus loin.
Force et mouvement initiaux
En raison des différents effets des forces externes, les balles à haute densité de masse se déplaceraient plus loin et plus rapidement que celles à faible densité de masse si vous pouviez lancer les deux avec une quantité de force infinie. Bien que vous ne puissiez pas le faire, lancer ou faire rouler des balles de différentes densités de masse à la même vitesse initiale obtient le même effet. Frapper une balle de golf avec plus de puissance qu'une balle de ping-pong en est une illustration. Lorsque vous lancez les deux à la même vitesse initiale, la balle de golf est envoyée en flèche, tandis que la friction de l'air met fin au vol de la balle de ping-pong peu de temps après son départ du tee.
Vous pouvez voir des effets similaires sur le terrain. Alors qu'il faudrait une plus grande force pour rouler les deux à la même vitesse initiale, une densité de masse plus élevée d'une boule de bowling lui donnerait un plus grand élan de rotation qu'un ballon de basket roulé. La surface ralentirait bientôt le ballon de basket-ball, éventuellement en l'arrêtant tandis que la densité de masse élevée et la force de rotation de la boule de bowling continueraient de le porter sur une plus longue distance.
