Fizika Knuckleballa

S olimpijskim igrama u posljednjih nekoliko dana, bilo je dosta prilika da se vidi jedan od najčudnijih i najtajanstvenijih sportskih događaja: knuckleball. Čak i ako nikad niste čuli za kukavicu, vjerojatno ste vidjeli da se to dogodilo pred vašim očima. Knuckleball je u osnovi kada je sferni projektil pogođen ili bačen tako da je okretanje lopte svedeno na minimum, stvarajući nepredvidivu cik-cak putanju koja može uhvatiti suprotnu momčad (kao i igrače na vlastitom timu) od iznenađenja.

Ime je izvedeno iz načina na koji su stari bejzbol pitcheri u ranim danima Major League Baseballa (osobito Eddie Cicotte iz Chicago White Soxa) koristili za hvatanje lopte svojim zglobovima prije bacanja. Cilj je dati loptici što manju moguću rotacijsku rotaciju.

Na taj način nastaje putanja nagiba koja je pod utjecajem varijacija u strujanju zraka koje omogućuju razlike u glatkim površinama kugle i grubljem šivanju šavova (ili je to ideja - više o tome zašto to možda nije istinito u malo), U osnovi, prisiljavate strujanje zraka na stvaranje asimetričnog povlačenja koje stvara cik-cak smjer. Kugla, na putu do svoje matične planete, u osnovi će izgledati kao njezina lepršava strana na stranu ili gore i dolje.

Naravno, ne želite baciti loptu koja ima Ne okretanje - samo neznatno gdje lopta prekriva udaljenost bez završetka više od pola rotacije. Mogli biste razmotriti knuckleball kao inverznu inačicu nogometnih curvy slobodnih udaraca u kojima je cilj primijeniti vrlo snažan spin na loptu kako bi se pomaknuo prema jednom smjeru.

Pokušaj bacanja lopte u ovom vrlo uskom rotacijskom pragu je nevjerojatno težak zadatak - i to je razlog zbog kojeg ga je malo jurčaka koji su igrali u glavnim stvarima usavršilo. Štoviše, brzina je najbolje rangirana metrika u ocjenjivanju pitchera - a budući da se knuckleball kreće sporije od svih drugih vrsta igrališta, ovih dana sve je manje poticaja da budu savršeni.

Iako su knuckleballs najizraženije u baseballu, pojavljuju se i u sportovima poput nogometa i odbojke - ali su također neobično odsutni u igrama kao što su stolni tenis, squash i košarka. I u mnogim od tih sportova, loptama nedostaje šavova ili visok stupanj asimetrije na površini. Zašto onda još uvijek vidimo knuckleballs u drugim sportovima?

To pitanje nas dovodi do par studija o fizici knuckleballs koje je istraživač fluida dinamike Baptiste Darbois Texier je radio na. 2012. godine, eksperimentom s fluidnom dinamikom koji je ispustio čelike, stakla i plastične kuglice različitih veličina u vodu, ona i njezini kolege otkrili su da će kugla u protoku - kao kukavica - doživjeti fenomen gdje počinje sila povlačenja na objektu da se naglo smanji. Bočna sila upada u vodu koja uzrokuje "krizu povlačenja" - uzrokujući udaranje lopte naprijed-natrag i kretanje naprijed.

U novijoj studiji objavljenoj prošlog mjeseca u Novi časopis za fiziku, Texier i njezin tim koristili su testiranje u zračnom tunelu kako bi bolje karakterizirali ponašanje kugla i reproducirali svoje pokrete u kontroliranom okruženju. Pomoću prilagođenog aparata za udaranje lopte u nogometu, tim je otkrio da "sve loptice koje lete u zraku takvom brzinom i bez okretanja mogu slijediti cik-cak putanju, čak i ako nemaju šavove", kaže Texier. Inverzan, "Ova činjenica dokazuje da nerotirajuća i glatka sfera koja se kreće u zraku doživljava fluktuirajuće sile dizanja koje su u stanju proizvesti ne-ravne putanje".

To je u suprotnosti s prethodnim pojmom koji objašnjava cik-cak putanje sportskih lopti uz prisutnost šavova i malu količinu okretanja. Texier kaže da je dio eksperimenta uključivao testiranje kretanja glatkih balončića u vodu. "Ne-ravne putanje takvih gustih i glatkih kugli za nas su bile zaista neočekivane", kaže ona. "Valna duljina cik-cak bila je mnogo veća od tipične udaljenosti na koju se naišlo u sportskom polju. Takva činjenica objašnjava zašto se cik-cak putovi nikada ne promatraju u boćanju.

Međutim, veliko pitanje ostaje specifično za bejzbol: hoće li vidjeti knuckleballs ako je objekt bio gladak i besprijekoran? Texier nema odgovor na to, ali to ostaje sljedeće pitanje na koje treba odgovoriti.