Chcete být džbánem? Začněte cvičit.
Chcete být skvělým džbánem? Použijte malou fyziku.
Někdy bude džbán chtít, aby se míč zakřivil konkrétním směrem. Jindy možná nebudou chtít žádnou pozoruhodnou křivku.
Pochopení toho, proč hřiště křivky – nebo ne – vám může pomoci poslat míč na trajektorii podle vašeho výběru. Koneckonců, důvodem, proč se míč vydává cestu, kterou dělá, není magie. Je to věda.
Každý hozený míč nakonec padne dolů, kvůli gravitace. Očekáváme to. A očekáváme, že míč bude létat směrem k místu, kde ji džbán namířil. Co my Ne Očekávejte další pohyby: Posun v cestě míče, který jde dál doleva, doprava, nahoru nebo dolů z místa, kde to zaměřil džbán – a z toho, co by gravitace způsobila. Takové změny očekávané letové dráhy se nazývají pohyb nebo křivka.
Pojďme se podívat na vědu za tím, proč se míč vydává na cestu. Po cestě se dozvíme, jak se profesionálové v baseballovém, rychlém softballu a kriketovém přilnavosti a uvolněním míče, aby se ohýbali svou cestou k jejich vůli.
Role rotace
Nejběžnější věcí, která vytváří koule křivku, je její rotace.
Zvažte baseball létající vzduchem zprava doleva. Když stoupá, míč točí proti směru hodinových ručiček. Toto je známé jako topspin: horní část míče se točí dolů směrem k letu míče.
Když míč cestuje doleva, proudí vzduch kolem doprava. Některé z toho vzduchu teče pod míč. Tento vzduch objímá míč a urychlí za míč a vzhůru rotem míče. Další vzduch proudí přes míč. Tato druhá dávka vzduchu se srazí se vzduchem z první šarže stoupajícího za míč – a vytvoří nepořádek nad míčem.
Vzduch proudí nad, pod boky míče, to vše přispívá k „probuzení“ – složitému toku vzduchu, který sleduje míč. Probuzení pro tento topSpinning Ball je posunutá nahoru, nad středem míče.
Třetí zákon Isaaca Newtona uvádí, že když jeden objekt vyvíjí sílu na jiný, tento druhý objekt se tlačí zpět a vyvíjí stejnou a opačnou sílu na první objekt. Na základě tohoto zákona, pokud míč tlačí probuzení vzduchu nahoru, musí brázda tlačit míč dolů.
Tento tlak na míč se nazývá magnusový efekt (což vytváří sílu známou jako výtah). Pro míč s Topspinem se magnusový efekt tlačí dolů, takže míč zamíří dolů. Všimněte si, že míč se pohybuje stejným směrem jako točení a probuzení se pohybuje opačným směrem.
Ale ne každý míč má topspin. Magnusový efekt může také způsobit, že se hřiště ohýbají jinými směry.
Podívejme se, jak efekt Magnus vysvětluje určité typy hřišť. (Možná budete chtít dostat ruce na míč a rukavice pro tuto část.)
Pohyb 101: Jak koule křivka kvůli Magnusovi
V baseballu házejí džbány křivky s většinou topspin. Tato hřiště proto většinou zakřivuje dolů.
Kvůli gravitaci samotné, baseballové hřiště sestupují asi jeden metr (asi 3 stopy), když cestují z mohylu džbánu k domácí desce. Curveballs obvykle klesá dalších 30 centimetrů (1 stopa) nebo více kvůli efektu Magnus. To je hodně kapky!
Na druhé straně fastball v baseballu Backin. Horní část míče se točí dozadu, opačným směrem k letu míče. V tomto případě by se míč hodil doleva, když letí ve směru hodinových ručiček. Chcete -li jeden hodit, použijte první dva prsty, abyste při uvolnění zatlačili dolů na míč. To má opačný účinek na topspin v curveball. Zatáhne míč probuzení dolů a míč nahoru.
Tento vzestupný magnusový efekt způsobuje pokles fastballs méně než by kvůli gravitaci pouze. Pořád klesají, ale je těžké to odhalit. Takže Fastballs vlastně mají skrytou křivku!
Spin a Magnus efekt také dávají curveballs jejich křivku v rychlém softballu-ale směrem doleva nebo doprava místo dolů.
Na rozdíl od přehnaných hodů používaných v baseballu, rychlé softballové džbány s rychlým hřištěm vrhnou míč pod rukou. Aby byla zakřivená, přidávají do míče sidespin. To znamená, že otáčí míč kolem jeho svislé ose (jako Země jednou denně).
Spravedlivý džbán softballu roztočí míč doleva pro curveball. (To je viděno proti směru hodinových ručiček shora.) Spin míče tlačí jeho probuzení doprava. Probuzení zase tlačí míč doleva. Pro spravedlivého softballového džbánu proti spravedlivému těstu se zlomí nebo zakřivení od těsta. (Lefty džbán roztočí míč doprava a rozbije se doprava. To je směrem k spravedlivému těstu nebo pryč od lefty těsta.)
Dalším hřištěm, které mají džbány, je šroubovák. V rychlém softballu je dodávka a cesta šroubovacího baliku zrcadlovým obrazem curveball. Džbán točí míč opačným směrem a míč se pohybuje opačně. Širovaný džbán spravedlivý džbán se tedy roztočí ve směru hodinových ručiček (viděn shora) a zakřiví do spravedlivého těsta. Mimochodem, jen málo džbánů může hodit toto hřiště, takže je to dobré vyzkoušet. Možná to dokážete!
Magnus zatím hodně vysvětlil. Ale pro jiné typy složitých hřišť potřebujeme více fyziky. (Příběh pokračuje pod stolem.)
Pohyb 201: Švy a oddělení
Jak zařízení chodí, basebally a softball se zdají jednoduché. Jakmile jsou však do hry, může se toho hodně stát.
„Jedná se o nejvíce fascinující objekt, jaký kdy lidé vytvořili,“ říká Bart Smith a zvedl baseball. Smith je strojní a letecký inženýr na Utah State University v Loganu. Studuje aerodynamiku baseballů. To je to, jak létají vzduchem.
Když koule letí, velmi tenké „ohraničující vrstvy“ vzduchu tvoří hned vedle míče. Jsou tak tenké, že je nevidíme jen očima. Ale pohyb míče závisí na tom, jak se tyto vrstvy chovají.
Hraniční vrstva míče je jako předškolák, který se snaží chodit na obrubníku: může zůstat tak dlouho, než spadne. Hraniční vrstva se nakonec odtáhne nebo oddělí od povrchu pohyblivé koule sama o sobě. To pak změní probuzení za míčem.
Existují však způsoby, jak může džbán vyvolat předčasné oddělení a změnit trajektorii míče z cesty, kterou by normálně podnikla. Jedním tajemstvím výroby hraniční vrstvy odloupnutí je použití švu míče.
Vyzvedněte baseball nebo softball a všimněte si, jak byl jeho vnější povrch spojen dohromady. Výrobci šití dva kusy kůže dohromady, aby zakryli povrch. Každý kus je tvarován jako psí kost. Šity na těchto křivkách psí kosti tvarují smyčku kolem míče složitým vzorem. Tento tvar „zachytil, protože to byl docela ekonomický způsob, jak to udělat,“ říká Smith, což znamená, že to nestálo mnoho peněz.
Když je míčový šev na správném místě, může to vyzvat mezní vrstvu. Ale na tom záleží pouze pro určitá hřiště.
Většina hřišť má spoustu rotace. To může způsobit, že se mnoho efektů švy navzájem zruší, poznamenává Alan Nathan, fyzik na University of Illinois Urbana -Champaign. „Pohyb způsobený švy závisí na orientaci švů. A pokud se tato orientace rychle mění, pak … průměruje sílu na nulu.“ Rychle rostoucí koule pak obvykle nevykazují velký efekt ze švů.
Dalším příběhem jsou hřiště s malým až žádným rotem, zvaným Knuckleballs.
Ty podivné knuckleballs
Dobrý knuckleball se otáčí jen jednou nebo dvakrát mezi džbánem a chytačem. To zní jednoduše. Výsledek však není. Pomalá rotace dává kouli čas na reakci na šev, který se otáčel do proudu vzduchu. A to umožňuje, aby šev zasahoval do míčových okrajových vrstev natolik, aby změnil svou trajektorii.
https://www.youtube.com/watch?v=EXJMP7VTALM
Smith a jeho tým – a další vědci, včetně Nathana – postupně spojují, jak šev ovlivňuje letounskou cestu míče.
Ve správné poloze může šev spustit okrajovou vrstvu, aby se brzy oddělil. Pokud k tomu dojde pouze na jedné straně míče, posune se vzduch za ním. To způsobí, že se míč také posune – jak je uvedeno výše – ve směru opačném k brázdě.
O několik desetin sekundy později se šev na knuckleball může ocitnout v jiné poloze vzhledem k toku vzduchu. To by mohlo oddělit jinou hraniční vrstvu od míče a znovu změnit jeho pohyb. To vše by se mohlo stát v méně než jeden z druhého času, který míč trvá k dosažení těsta!
Všimněte si, že tento pohyb nelze vysvětlit magnusovým efektem.
Varování od Nathana: Neházejte knuckleball, pokud to nemůžete udělat jen s trochou otáčení. „Velkým nebezpečím každého džbánu knuckleball je náhodou, že se náhodou příliš roztočíte,“ říká. Pak to nebude mít tyto bláznivé pohyby – pohyby, které vzdorují schopnosti těsta spojit se s míčem. (Pokud jste baseballová ořech, Podívejte se na Nathanovu velkolepou webovou stránku.)
Máte vědeckou otázku? Můžeme pomoci!
Odešlete svou otázku zdeA mohli bychom na to odpovědět na nadcházející vydání Science News zkoumá
„Bowling“ outswingers and Inswingers
Kriket nabízí ještě další pohyb míče, který nelze vysvětlit efektu Magnuse. V tomto sportu se hráči, kteří hýčká míč, se nazývají nadhazovači. Také oni aplikují rotace – ale jinak než v baseballu a softballu.
Na rozdíl od zakřiveného švu na baseballu nebo softballu, stehy na kriketovém míči běží paralelně podél jeho rovníku. Bowlery se učí točit míč podél tohoto švu. Jako a spirála ve fotbaleTato rotace stabilizuje míč. V kriketu, rotace udržuje šev na stejném místě během letu míče.
Bowlery uvolní míč se švem přímo nahoru a dolů. Šev však lehce odhodí od těsta, známého jako batsman. Díky tomu je proudění vzduchu na jedné straně míče odlišné od proudu na druhé.
Zvažte typické bowled rychlosti asi 30 metrů za sekundu (téměř 70 mil za hodinu). Na straně bez švu vpředu je hraniční vrstva vzduchu při těchto rychlostech laminární – což znamená hladký. Na druhé straně, šev „zakopává“ hraniční vrstvu vzduchu, což je turbulentní – s energetickým pohybem v mnoha směrech.
Tato turbulentní vzduchová vrstva má více energie než laminární. To mu umožňuje obejmout míč déle – částečně kolem zadní části míče. To tlačí probuzení směrem k laminární straně. Míč se tedy otočí opačně – směrem k švu a pryč od těsta.
Tato zakřivená trajektorie se nazývá „outswinger“. Alternativně může nadhazovač uvíznout šev k Batsman. Tím se otočí míč směrem k batsmanovi a vytvoří křivku „inswinger“.
Opět to není způsobeno Magnusovým efektem. Není to také stejný separační efekt, který vytváří knuckleballs.
Toto je jen začátek
Spousta dalších hřišť může také předat křivku míči – nebo ne. Existují jezdce, zametače a změny. V baseballu jsou účinky gyro-spinu, který se točí ve stejném smyslu jako spirála dobře hozeného fotbalu. Existují dokonce i případy, kdy se některé koule pohybují ve směru opačném než to, co by magnusový efekt předpovídal.
Ale je tu jeden klíčový prvek pro všechny nadhazování. „Trvá to.“ hodně času a úsilí, abychom se naučili, jak to udělat, “říká Emily Richardsonová, která byla na vysoké škole džbánem softballu. Nyní učí biologii a trenéry rychle v Chicagu.
Tak pokračujte, jděte ven a cvičte!
