Berechnung: Die Absprunghöhe des Tennisballs

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Die Absprunghöhe des Tennisballs resultiert aus der Absprunggeschwindigkeit unmittelbar nach dem Absprung. Die Absprunggeschwindigkeit des Balls wird durch die Schwerkraft abgebremst.
Sie resultiert aus der maximalen Fallgeschwindigkeit des Balls kurz vor dem Aufsprung, abzüglich der Verluste durch Wärme, Verformung des Platzes und den "Knall" beim Aufprall.

YouTube-Video: The Interesting Physics of Bouncings Balls

Die Verluste variieren aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Tennisplatzbeläge. Die aktuellen, tatsächlichen Verluste auf dem Tennisplatz können anhand der Berechnung des Verlustfaktors bestimmt werden. Über den Verlustfaktor können die Absprunghöhen resultierend aus verschiedenen Fallhöhen berechnet werden. Zur Bestimmung des Verlustfaktors ist der Ball aus einer festgelegten Höhe, z.B. 1 m, fallen zu lassen und die daraus resultierende Absprunghöhe z.B. mit einem Zollstock zu messen. Anhand der Fallhöhe und gemessenen Absprunghöhe kann der aktuelle Verlustfaktor berechnet werden und auf andere Fallhöhen bezogen werden.

Verlustfaktor e = √(Absprunghöhe/Fallhöhe)

Ermittlung des Verlustfaktors anhand der ITF-Vorgaben für Bälle
Gemäß Wikipedia schreiben die Tennisregeln der International Tennis Federation (ITF) für Bälle folgendes vor: „Es gibt mehrere spezifizierte Ballarten. Jeder Ball muss eine Sprunghöhe von mehr als 135 cm und weniger als 147 cm aufweisen, wenn er aus einer Höhe von 254 cm auf eine ebene, harte Fläche, z. B. Beton, fallen gelassen wird." Danach liegt die durchschnittliche Absprunghöhe bei 1,41 m.

Verlustfaktor e = √(Absprunghöhe/Fallhöhe) = √(1,41 m/2,54 m) = 0,745

Berechnung von Absprunghöhen anhand des Verlustfaktors
Nun können die tatsächliche, aktuelle Absprunghöhen anhand des ermittelten Verlustfaktors aus unterschiedlichen Fallhöhen genau berechnet werden. Dazu wird die Formel nach der Absprunghöhe umgestellt

Absprunghöhe = e² · Fallhöhe
Verlustfaktor e = 0,745

1 m Fallhöhe ⇒ 0,555 m Absprunghöhe
2 m Fallhöhe ⇒ 1,110 m Absprunghöhe
5 m Fallhöhe ⇒ 2,775 m Absprunghöhe


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