Fizyka Knuckleballa

Podczas ostatnich igrzysk olimpijskich pojawiło się wiele okazji do zobaczenia jednego z najdziwniejszych i najbardziej tajemniczych spektakli sportowych: knuckleball. Nawet jeśli nigdy nie słyszałeś o grze w piłkę, prawdopodobnie widziałeś, że dzieje się to na twoich oczach. Knuckleball jest w zasadzie, gdy sferyczny pocisk jest trafiony lub rzucony w taki sposób, że spin kuli jest zminimalizowany, tworząc nieprzewidywalną zygzakowatą trajektorię, która może zaskoczyć przeciwną drużynę (jak również graczy na własnej drużynie).

Nazwa wywodzi się ze sposobu, w jaki starzy baseballiści w pierwszych dniach Major League Baseball (przede wszystkim Eddie Cicotte z Chicago White Sox) używali do chwytania piłki kastetami przed rzuceniem. Celem jest nadanie piłce jak najmniejszego obrotowego obrotu.

Skutkiem tego jest trajektoria wysokości tonu, na którą wpływają zmiany przepływu powietrza, ułatwione przez różnice w gładkich powierzchniach kuli i bardziej szorstkie szwy szwów (a przynajmniej taki jest pomysł - więcej o tym, dlaczego może to nie być prawdą). Zasadniczo zmuszasz przepływ powietrza do tworzenia asymetrycznego oporu, który tworzy zygzakowaty skok. Piłka w drodze na swoją planetę macierzystą będzie wyglądać jak trzepocząca na boki lub w górę iw dół.

Oczywiście nie chcesz rzucać piłki, która ma Nie spin - tylko niewielki obrót, w którym piłka pokrywa dystans, nie wykonując więcej niż pół obrotu. Możesz uważać knuckleball za odwrotną wersję krzywych rzutów wolnych w piłce nożnej, w której celem jest zastosowanie bardzo energicznego zakrętu na piłce, aby przesunąć ją w jednym kierunku.

Próba rzucenia piłki w ten bardzo wąski próg rotacji jest niesamowicie żmudnym zadaniem - i dlatego tak niewielu miotaczy, którzy grali w głównych firmach, udoskonalili ją. Co więcej, szybkość jest najwyższą rangą w ocenie dzbanów - a ponieważ knuckleball porusza się wolniej niż każdy inny rodzaj boiska, w dzisiejszych czasach coraz mniej jest motywacji, aby być doskonałym.

Mimo, że kulki są najbardziej widoczne w baseballu, występują również w sportach takich jak piłka nożna i siatkówka - ale są również dziwnie nieobecne w grach takich jak tenis stołowy, squash i koszykówka. W wielu z tych sportów piłki nie mają szwów ani wysokiego stopnia asymetrii na powierzchni. Dlaczego więc wciąż widzimy knuckleballs w innych sportach?

To pytanie prowadzi nas do paru badań nad fizyką knuckleballów, nad którymi pracował badacz dynamiki płynów Baptiste Darbois Texier. W 2012 roku, dzięki eksperymentowi z dynamiki płynów, który upuścił do wody kulki ze stali, szkła i plastiku o różnych rozmiarach, ona i jej koledzy odkryli, że sfera w przepływie - jak kula - będzie doświadczać zjawiska, w którym zaczyna się siła oporu na przedmiot gwałtownie się zmniejszyć. Siła boczna, która powoduje „kryzys oporu” - powoduje, że piłka trzepocze w tę iz powrotem i porusza się do przodu.

W nowszym badaniu opublikowanym w zeszłym miesiącu w New Journal of Physics, Texier i jej zespół wykorzystali testy w tunelu aerodynamicznym, aby lepiej scharakteryzować zachowanie kul knuckleball i odtworzyć ich ruchy w kontrolowanym ustawieniu. Wykorzystując specjalnie skonstruowany aparat „kopiący” do odtwarzania piłek nożnych w piłce nożnej, zespół odkrył, że „wszystkie piłki lecące w powietrzu z taką prędkością i bez wirowania mogą podążać zygzakowatą trajektorią, nawet jeśli nie mają szwów”, mówi Texier Odwrotność. „Fakt ten dowodzi, że nieobrotowa i gładka kula poruszająca się w powietrzu doświadcza wahających się sił nośnych, które są w stanie wytworzyć nieproste trajektorie”.

Jest to sprzeczne z poprzednim pojęciem, które wyjaśniało zygzakowate trajektorie piłek sportowych w obecności szwów i niewielkiej ilości wirowania. Texier mówi, że część eksperymentu polegała na testowaniu ruchu gładkich kulek bocce upuszczonych do wody. „Nieproste trajektorie tak gęstych i gładkich piłek były dla nas naprawdę nieoczekiwane” - mówi. „Długość fali zygzakowej była znacznie większa niż typowa odległość fotografowania występująca na boisku sportowym. Taki fakt wyjaśnia, dlaczego zygzakowate ścieżki nigdy nie są obserwowane w bocce. ”

Duże pytanie pozostaje jednak specyficzne dla baseballu: czy zobaczylibyśmy knuckleballs, gdyby obiekt był gładki i gładki? Texier nie ma na to odpowiedzi, ale to pozostaje kolejne pytanie, na które trzeba odpowiedzieć.