地上でも空中でも、さまざまな力がボールの動きに寄与します。 ゴルフ、野球、バスケットボールなどで使用される球形のボールに注目すると、そのサイズと質量がボールの移動方法を決定するのに役立ちます。 ボールの速度と軌道に影響を与えることに加えて、ボールのサイズと質量も外力がボールに与える影響に影響します。 同じ直径の2つのボールが異なる密度と質量の材料で作られている場合、同じ質量または同じ初期速度で投影されると、質量密度の大きいボールはさらに遠くに移動します。
質量密度
物理学では、競技スポーツで使用されるボールを「剛体」と呼びます。 動いている剛体には、「動的」と呼ばれる物理学の分野の原則が適用されます。 剛体の動きを決定するのに役立つ要因の中で、単位長さあたりの質量、または質量密度は、地上と空中の両方で重要な役割を果たします。 質量密度の高いオブジェクトは、移動がより困難であり、移動を開始すると停止するのがより困難であることがわかります。
飛行中のオブジェクト
ソフトボールとショットパッティングで使用されるショットの違いは、質量密度の効果の優れた例です。 両方の直径はほぼ同じですが、重金属のショットの質量はソフトボールの質量よりもはるかに大きいことがわかります。 そのため、ショットパッティングには、ソフトボールを投げるよりも大きな力、つまり初期の力が必要です。 ただし、ショットの質量密度が高いため、空気の摩擦や重力の下方への引っ張りなどの力は、ソフトボールよりも小さな影響で飛行に影響します。 言い換えれば、ショットはソフトボールよりも遠くに移動します。これは、その質量により、空気の摩擦や重力の影響を受けにくくなるためです。
地上のオブジェクト
慣性の法則は、空気と地面の両方で同様に機能しますが、ボールの転がり方を決定するのに役立つ力は、両者の間でわずかに異なります。 平らな地面では、重力と空気の摩擦は、物体の転がり方に大きく影響しません。 重力と空気摩擦の力の代わりに、表面の摩擦がボールの転がり方を決定するのに大きな役割を果たします。 飛行中のボールと同様に、表面摩擦は、ボウリングボールなどの質量密度の高いボールよりも、サッカーボールなどの質量密度の低いボールの動きを妨げます。 言い換えれば、直径の点で等しいサイズが与えられると、より大きな質量を持つボールはより遠くに転がります。
初期の力と動き
外力の影響が異なるため、無限の力で両方を発射できる場合、質量密度の高いボールは質量密度の低いボールよりも遠くに速く移動します。 これを行うことはできませんが、同じ初期速度で異なる質量密度のボールを投げたり回転させたりしても同じ効果が得られます。 ピンポンボールよりも大きな力でゴルフボールを打つと、説明が得られます。 両方を同じ初期速度で発射すると、ゴルフボールは急上昇しますが、空気の摩擦により、ピンポンボールはティーを離れてすぐに飛行を終了します。
地上でも同様の効果を見ることができます。 同じ初期速度で両方を転がすには大きな力が必要ですが、ボウリングボールの質量密度が高いと、転がったバスケットボールよりも大きな回転運動量が得られます。 表面はすぐにバスケットボールを遅くし、最終的には停止しますが、ボウリングボールの高い質量密度と回転力は、バスケットボールをより長い距離にわたって運び続けます。
