Фізика Кнуклуба

З Олімпійських ігор в останніх кількох днях було багато можливостей побачити одне з найдивніших і найзагадковіших видів спорту: футбольний м'яч. Навіть якщо ви ніколи не чули про футбольний м'яч, ви, напевно, бачили, що це сталося прямо на ваших очах. Кнуклуб - це в основному, коли сферичний снаряд потрапляє або викидається таким чином, що обертання м'яча мінімізується, створюючи непередбачувану зигзагоподібну траєкторію, яка може зненацька спіймати протилежну команду (так само, як і гравці своєї команди).

Назва походить від того, як старі бейсбольні глечики в перші дні бейсболу вищої ліги (особливо Едді Сікот з Чикаго Білого Соксу) використовувалися для того, щоб захопити м'яч своїми суглобами перед тим, як кидати. Мета полягає в тому, щоб дати м'ячу якомога менше обертального обертання.

Це призводить до траєкторії кроку, яка залежить від змін у потоці повітря, що сприяється відмінностями в гладких поверхнях кульки і більш грубих зшиваннях швів (або тому це ідея - більше про те, чому це може бути невірно). По суті, ви змушуєте повітряний потік створювати асиметричне перетягування, що створює зигзагоподібне поле. М'яч, на своєму шляху до своєї рідної планети, буде виглядати в основному як його розмахуючий бік в бік або вгору-вниз.

Звичайно, ви не хочете кидати м'яч ні спина - лише невелика, де м'яч покриває відстань, не завершуючи більше половини обертання. Ви можете вважати knuckleball оберненою версією пишних вільних ударів у футбол, в яких мета полягає в тому, щоб застосувати дуже енергійний спин на м'ячі, щоб примусити його рухатися в одному напрямку.

Спроба кинути м'яч у цьому дуже вузькому порозі ротації є неймовірно важким завданням - і це причина того, що так мало кубків, які грали в майорах, удосконалили його. Більше того, швидкість є найвищим рейтингом у оцінці кубків - і тому, що knuckleball рухається повільніше, ніж будь-який інший вид кроку, в ці дні все менше і менше стимулів бути досконалими.

Хоча knuckleballs є найбільш помітним у бейсболі, вони також зустрічаються у спорті, як футбол і волейбол - але також дивно відсутні в іграх, як настільний теніс, сквош і баскетбол. І в багатьох з цих видів спорту кулькам не вистачає швів або високий ступінь асиметрії на поверхні. Так чому ж ми все ще бачимо кулі в інших видах спорту?

Це питання підводить нас до пари досліджень з фізики knuckleballs, що дослідник текучості Baptiste Darbois Texier працював. У 2012 році, за допомогою експерименту з текучою динамікою, яка скинула сталь, скло і пластикові кульки різних розмірів у воду, вона та її колеги виявили, що сфера в потоці - як і кісточка - буде відчувати явище, де починається сила потягу на об'єкті різко знизитися. У боковій силі наступає сила, що спричиняє «кризу тягнути» - змушуючи м'яч тремтіти вперед-назад і рухатися вперед.

У новому дослідженні опубліковано лише минулого місяця в Росії Новий фізичний журнал, Texier та її команда використали аеродинамічне тестування тунелю краще характеризувати поведінку knuckleballs та відтворюють їхні рухи у контрольованому настрої. Використовуючи спеціально створений апарат «відбиваючи машину», щоб відтворити футбольні м'ячі, команда виявила, що «всі кульки, що летять у повітрі з такою швидкістю і не мають спін, можуть слідувати за зигзагоподібною траєкторією, навіть якщо у них немає швів» Обернено. "Цей факт свідчить про те, що невращающаяся і гладка сфера, що рухається в повітрі, відчуває коливальні сили підйому, які здатні виробляти непрямі траєкторії".

Це суперечить попередньому уявленню, яке пояснювало зигзагоподібні траєкторії спортивних м'ячів з наявністю швів і невеликою кількістю спина. Texier каже, що частина експерименту, пов'язана з тестуванням руху гладких bocce кульок впала у воду. «Непрямі траєкторії таких щільних і гладких кульок були для нас дійсно несподіваними», - каже вона. «Довжина хвилі зигзагу була набагато більшою, ніж типова відстань стрільби, що зустрічається у спортивному полі. Такий факт пояснює, чому зигзагоподібні доріжки ніколи не спостерігаються в бочче ».

Велике питання залишається специфічним для бейсболу, однак: чи ми бачимо knuckleballs, якщо об'єкт був гладким і безшовним? Texier не має відповіді на це, але це залишається наступним питанням.