Fizika Knuckleballa

Z olimpijskimi igrami v zadnjih nekaj dneh je bilo veliko priložnosti videti eno izmed najbolj čudnih in najbolj skrivnostnih spektakel v športu: knuckleball. Tudi če še nikoli niste slišali za kunčelo, ste verjetno videli, da se je to zgodilo tik pred vašimi očmi. Knuckleball je v bistvu, ko se sferični projektil udari ali vrže tako, da se vrtenje krogle minimizira, kar ustvarja nepredvidljivo cik-cak trajektorijo, ki lahko ujame nasprotno ekipo (kot tudi igralce na lastni ekipi).

Ime izhaja iz načina, kako so stari bejzbolni pitcherji v zgodnjih dneh Major League Baseballa (predvsem Eddie Cicotte iz Chicago White Soxa) uporabljali za prijemanje žogo s svojimi členi pred metanjem. Cilj je dati žogici čim manjšo rotacijsko vrtenje.

S tem se doseže trajektorija udarca, na katero vplivajo razlike v pretoku zraka, ki jih omogočajo razlike v gladkih površinah žoge in bolj grob šiv šivov (ali pa je to ideja - več o tem, zakaj to morda ne bo resnično v malo). V bistvu silite zračni tok, da ustvarite asimetrični upor, ki ustvarja cik-cak podoben korak. Žoga, ki bo na poti do svojega planeta, bo v bistvu izgledala kot njena lepljiva stran obrnjena navzgor ali navzdol.

Seveda ne želite metati žoge, ki jo ima ne spin - le rahlo, kjer žoga pokriva razdaljo, ne da bi opravila več kot polovico vrtenja. Morda boste menili, da je knuckleball inverzna različica nogometnih ukrivljenih prostih udarcev, pri katerih je cilj uporabiti zelo močno vrtenje na žogo, da se premakne v eno smer.

Poskus, da bi vrgel žogo v ta zelo majhen prag rotacije, je neverjetno naporna naloga - in to je razlog, da ga je izpopolnilo le malo igralcev, ki so igrali v glavnih založbah. Še več, hitrost je najvišje uvrščena metrika pri ocenjevanju vrčkov - in ker se knuckleball premika počasneje kot vsaka druga vrsta igrišča, je v teh dneh vse manj spodbude, da je popolna.

Čeprav so knuckleballi najbolj vidni v baseballu, se pojavljajo tudi v športih, kot sta nogomet in odbojka - vendar pa so tudi v igrah, kot so namizni tenis, squash in košarka, čudno odsotni. In v mnogih od teh športov, kroglice nimajo šivov ali visoke stopnje asimetrije na površini. Torej, zakaj še vedno vidimo knuckleballs v drugih športih?

To vprašanje nas pripelje do dveh študij o fiziki knuckleballs, na katerih je delal raziskovalec tekočinske dinamike Baptiste Darbois Texier. Leta 2012 je s pomočjo eksperimenta dinamike tekočin, ki je spustila jeklo, steklo in plastične kroglice različnih velikosti v vodo, ona in njeni sodelavci ugotovili, da bo krogla v toku - kot knuckleball - doživela pojav, pri katerem se začne vlečna sila na predmetu močno zmanjša. Bočna sila, ki povzroča »krizo povleka«, povzroči, da se žogica trese in se premika naprej.

V novejši študiji, objavljeni šele prejšnji mesec v Ljubljani New Journal of Physics, Texier in njena ekipa sta uporabljala testiranje vetrovnika, da bi bolje opredelili obnašanje kunckle in reproducirali gibanje v nadzorovanem okolju. Z uporabo prilagojenega aparata za "brcanje stroja" za rekonstrukcijo klobuk v nogometu je ekipa ugotovila, da "vse kroglice, ki letijo v zraku s tako hitrostjo in brez vrtenja, lahko sledijo cik-cak poti, tudi če nimajo šivov," pravi Texier Inverse. "To dejstvo dokazuje, da se nerotirajoča in gladka sfera, ki se giblje v zraku, srečuje z nihajočimi silami dviganja, ki so sposobne proizvajati nelinearne trajektorije."

To je v nasprotju s prejšnjim pojmovanjem, ki pojasnjuje cik-cak trajektorije športnih žog s prisotnostjo šivov in majhno količino vrtenja. Texier pravi, da je del poskusa vključeval testiranje gibanja gladkih balinčkov, ki so padli v vodo. »Neravne poti takšnih gostih in gladkih kroglic so bile za nas resnično nepričakovane,« pravi. »Valovita dolžina cikcak je bila veliko večja od tipične razdalje streljanja na športnem polju. Takšno dejstvo pojasnjuje, zakaj se cikcakalne poti nikoli ne opazijo v balinanju. «

Veliko vprašanje ostaja značilno za baseball, vendar: Ali bi videli knuckleballs, če je bil predmet gladko in brezhibno? Texier na to nima odgovora, vendar ostaja naslednje vprašanje, na katerega je treba odgovoriti.