Fyzika Knuckleball

S olympijskými hrami v posledných dňoch, bolo veľa príležitostí vidieť jeden z najpodivnejších a najzáhadnejších okuliarov v športe: knuckleball. Aj keď ste nikdy nepočuli o knuckleball, pravdepodobne ste videli, že sa to stalo tesne pred vašimi očami. Knuckleball je v podstate vtedy, keď je guľatý projektil zasiahnutý alebo hodený tak, že rotácia lopty je minimalizovaná, čím sa vytvára nepredvídateľná cikcaková trajektória, ktorá môže prekvapiť tím protivníkov (ako aj hráčov vlastného tímu).

Názov je odvodený z cesty starých baseballových džbánov v prvých dňoch baseballu Major League Baseball (najvýznamnejšie Eddie Cicotte z Chicago White Sox), ktorý sa používal na uchopenie lopty s kĺbmi pred hádzaním. Cieľom je dať loptičke čo najmenšiu rotačnú rotáciu.

Výsledkom je trajektória dráhy, ktorá je ovplyvnená zmenami v prietoku vzduchu uľahčenými rozdielom v hladkých povrchoch lopty a drsnejším prešitím švov (alebo tak je to myšlienka - viac o tom, prečo to nemusí byť v niektorých prípadoch pravda), V podstate nútite prúdenie vzduchu, aby sa vytvoril asymetrický ťah, ktorý vytvára kľukatý tón. Lopta na svojej domovskej planéte bude v podstate vyzerať ako jeho trhnutá strana na stranu alebo hore a dole.

Samozrejme, nechcete hodiť loptu, ktorý má žiadny rotácia - len mierna, kde lopta prekrýva vzdialenosť bez toho, aby dokončila viac ako polovičnú rotáciu. Môžete zvážiť knuckleball ako inverznú verziu kopaných volných kopov futbalu, v ktorých je cieľom aplikovať na loptu veľmi energický spin, aby sa pohyboval smerom k jednému smeru.

Snažiť sa hodiť loptu do tejto veľmi úzkej hrany otáčania je neuveriteľne náročná úloha - a to je dôvod, prečo ju tak málo málo džbánov, ktorí hrali vo veľkých spoločnostiach, zdokonalili. Rýchlosť je navyše hodnotenou metrikou pri hodnotení džbánov - a pretože knuckleball sa pohybuje pomalšie ako každý iný druh ihrisko, v dnešnej dobe je menej a menej motivácia byť dokonalá.

Hoci knuckleballs sú najviac viditeľné v baseballe, ale tiež vyskytujú v športe, ako je futbal a volejbal - ale sú tiež podivne chýba v hrách, ako je stolný tenis, squash a basketbal. V mnohých týchto športoch postrádajú gule švy alebo vysoký stupeň asymetrie na povrchu. Tak prečo stále vidíme knuckleballs v iných športoch?

Táto otázka nás privádza k dvojici štúdií o fyzike knuckleballs, na ktorých pracoval výskumník dynamiky tekutín Baptiste Darbois Texier. V roku 2012, prostredníctvom experimentu s dynamikou tekutín, ktorý strhol oceľové, sklenené a plastové guľôčky rôznych veľkostí do vody, ona a jej kolegovia zistili, že guľa v prúde - ako knuckleball - zažije jav, pri ktorom sa začína ťahová sila na objekte. prudko poklesnúť. Bočné sily spôsobujú „ťahovú krízu“ - spôsobujú, že lopta sa vlieva dozadu a dopredu a pohybuje sa dopredu.

V novšej štúdii zverejnenej len minulý mesiac v. T New Journal of Physics, Texier a jej tím používali testovanie aerodynamického tunela, aby lepšie charakterizovali správanie knuckleballs a reprodukovali ich pohyby v kontrolovanom prostredí. Tím, ktorý použil vlastný prístroj na „kopanie strojov“ na vytvorenie futbalových loptičiek vo futbale, zistil, že „všetky loptičky lietajúce vo vzduchu takou rýchlosťou a bez odstreďovania môžu sledovať cikcak trajektórie, aj keď nemajú švy,“ hovorí Texier obrátený, „Táto skutočnosť dokazuje, že nerotujúca a hladká guľa pohybujúca sa vo vzduchu prechádza kolísavými zdvíhacími silami, ktoré sú schopné vytvárať nerovnomerné dráhy.“

To je v protiklade s predchádzajúcou predstavou, ktorá vysvetlila cikcak trajektórie športových loptičiek s prítomnosťou švov a malým množstvom spinov. Texier hovorí, že časť experimentu zahŕňala testovanie pohybu hladkých bocce loptičiek spadnutých do vody. „Nekonštruované trajektórie takýchto hustých a hladkých loptičiek boli pre nás naozaj nečakané,“ hovorí. „Cikcak vlnovej dĺžky bol oveľa väčší ako typická vzdialenosť pri streľbe v športovom poli. Takáto skutočnosť vysvetľuje, prečo sa v bocce nikdy nepozorujú kľukaté cesty. “

Veľká otázka zostáva špecifická pre baseball, ale videli by sme knuckleballs, ak by bol objekt hladký a bezšvový? Texier na to nemá odpoveď, ale tá zostáva ďalšou otázkou, ktorá zostáva na odpoveď.