De fysica van de knokkel

Met de Olympische Spelen in de laatste paar dagen, waren er genoeg kansen om een ​​van de raarste en meest mysterieuze sportevenementen te zien: de knokkel. Zelfs als je nog nooit van een knokkel hebt gehoord, heb je het waarschijnlijk vlak voor je ogen gezien. Een knuckleball is eigenlijk wanneer een bolvormig projectiel wordt geraakt of gegooid, zodat de spin van de bal wordt geminimaliseerd, waardoor een onvoorspelbaar zigzagtraject ontstaat dat het andere team (evenals de spelers in het eigen team) kan verrassen.

De naam is afgeleid van de manier waarop oude baseball-werpers in de beginperiode van Major League Baseball (met name Eddie Cicotte van de Chicago White Sox) de bal met hun knokkels grepen voordat ze gooiden. Het doel is om de bal zo min mogelijk rotatie te geven.

Als je dat doet, krijg je een toonhoogtetraject dat wordt beïnvloed door variaties in de luchtstroom, wat wordt vergemakkelijkt door de verschillen in de gladde oppervlakken van de bal en de ruwere stiknaden van de naden (of zo is het idee - meer over waarom dit misschien niet waar zou zijn in een beetje). In wezen dwingt u de luchtstroom om een ​​asymmetrische weerstand te creëren die een zigzag-achtige toonhoogte creëert. De bal, op weg naar zijn thuisplaneet, zal er in principe uitzien alsof hij heen en weer zwaait.

Natuurlijk wil je geen bal werpen die dat wel is Nee spin - slechts een kleine waarbij de bal de afstand aflegt zonder meer dan een halve rotatie te voltooien. Je zou de knuckleball kunnen beschouwen als een omgekeerde versie van de ronddraaiende vrije trappen van het voetbal waarbij het doel is om een ​​zeer krachtige draai aan een bal toe te passen om deze in één richting te laten bewegen.

Het proberen van een bal in deze zeer smalle rotatiedrempel is een ongelooflijk zware taak - en het is de reden waarom zo weinig kruiken die in de majors hebben gespeeld, het hebben geperfectioneerd. Bovendien is snelheid de hoogste ranglijst bij het evalueren van pitchers - en omdat een knokkelbal langzamer beweegt dan elke andere soort toonhoogte, is er tegenwoordig een steeds minder stimulans om perfect te zijn.

Hoewel knokkelballen het meest zichtbaar zijn in honkbal, komen ze ook voor in sporten als voetbal en volleybal - maar zijn ook vreemd genoeg afwezig in spellen zoals tafeltennis, squash en basketbal. En in veel van deze sporten missen de ballen naden of een hoge mate van asymmetrie aan het oppervlak. Dus waarom zien we nog steeds knokkels in andere sporten?

Die vraag brengt ons bij een paar studies over de fysica van knokkels, waar de onderzoeker van de vloeistofdynamica, Baptiste Darbois Texier, aan heeft gewerkt. In 2012, tijdens een experiment met vloeistofdynamica waarbij stalen, glazen en kunststof kralen van verschillende groottes in water werden gedaald, ontdekten zij en haar collega's dat een bol in een stroom - zoals een knokkelbal - een fenomeen zal ervaren waarbij de sleepkracht op het object begint om scherp te verminderen. Een zijwaartse kracht schiet in dat veroorzaakt "slepen crisis" - waardoor de bal heen en weer fladderen en vooruit gaat.

In een nieuwere studie die net vorige maand in de New Journal of Physics, Texier en haar team hebben windtunneltests gebruikt om het gedrag van knokkelkogels beter te karakteriseren en hun bewegingen in een gecontroleerde omgeving te reproduceren. Met behulp van een op maat gemaakt "trapmachine" -apparaat om knokkelkogels in voetbal te recreëren, ontdekte het team dat "alle ballen die met dergelijke snelheid in de lucht vliegen en geen spin hebben, een zigzagtraject kunnen volgen, zelfs als ze geen naden hebben", vertelt Texier. omgekeerde. "Dit feit bewijst dat een niet-roterende en soepele bol die in de lucht beweegt, wisselende liftkrachten ervaart die niet-rechte banen kunnen produceren."

Dit staat in tegenstelling tot een eerder begrip dat zigzagbanen van sportballen uitlegde met de aanwezigheid van naden en een kleine hoeveelheid spin. Texier zegt dat een deel van het experiment bestond uit het testen van de beweging van gladde jeu de boules in water gedropt. "De niet-rechte trajecten van zulke dichte en soepele ballen waren echt onverwacht voor ons", zegt ze. "De zigzaggolflengte was veel groter dan de typische opnameafstand op een sportveld. Een dergelijk feit verklaart waarom zigzagpaden nooit worden waargenomen in jeu de boules."

Een grote vraag blijft echter specifiek bij honkbal: zouden we boksballen zien als het voorwerp soepel en naadloos was? Texier heeft daar geen antwoord op, maar dat blijft de volgende vraag die nog moet worden beantwoord.