Welche interessanten Geheimnisse verbirgt Pikleball in den Augen der NASA-Ingenieure?

Was Pickleball so attraktiv macht, ist unter anderem, dass dabei jede Menge sehr interessante physikalische Gesetze zum Einsatz kommen.

Wir leben in einer Zeit, in der jeder Pickleball spielt, jede Familie spielt Pickleball. Überall schießen Pickleball-Plätze aus dem Boden, sogar Tennisplatzbesitzer geben ihr Geschäft auf, um ihre Plätze zu renovieren und auf diese neue Sportart umzusteigen. In den USA ist Pickleball im vierten Jahr in Folge die am schnellsten wachsende Sportart.

Laut einem Branchenverband spielen mittlerweile mehr als 13,6 Millionen Amerikaner Pickleball. Damit ist es die am schnellsten wachsende Sportart, was die Zahl neuer Spieler angeht. Überall entstehen neue Städte, Schulen und Pickleball-Clubs, die Menschen jeden Alters und jeder Herkunft anziehen.

Nicht weit vom Epizentrum des Sport-Hypes entfernt lebt Phil Hipol, ein Strukturdynamik-Ingenieur mit langjähriger Erfahrung in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Hipol hat ein Handbuch über dynamische Umweltkriterien für die NASA sowie ein weiteres über Vibrationen und Stöße für die Branche verfasst.

Und als er anfing, Pickleball zu spielen, erkannte er plötzlich, dass dieser Sport viele Ähnlichkeiten mit seinem Hauptfach hatte, von der Kinematik des Balls über die Beschaffenheit der Schlägeroberfläche bis hin zu den Vibrationen und dem charakteristischen „Knall“, den Pickleball erzeugt. Man sagt, dass Hipol, wenn er auf den Pickleball-Platz geht, nicht den Schläger und den Ball sieht, sondern nur physikalische Formeln um sich herum.

Eines der grundlegenden physikalischen Prinzipien beim Pickleball ist die Wurfbewegung. Sie beschreibt die Flugbahn eines Gegenstands, der sich unter dem Einfluss der Schwerkraft durch die Luft bewegt. Wenn ein Pickleball vom Schläger eines Spielers getroffen wird, folgt er einer gekrümmten Flugbahn, einem sogenannten Parabelbogen. Diese entspricht im Wesentlichen der Flugbahn eines Flugobjekts wie einer Rakete.

Der Winkel und die Geschwindigkeit, mit der der Ball getroffen wird, bestimmen zusammen mit der Schwerkraft die Form und Höhe der Flugbahn des Balls. Spieler können die Flugbahn des Balls durch Anpassung des Schlägerblattwinkels und der Schwungkraft beeinflussen. „Es ist wichtig, die Flugbahn des Balls vorhersehen zu können, um den Schläger besser ausrichten oder sich auf dem Platz positionieren zu können, um den Ball in die gewünschte Richtung zurückzuschlagen“, sagt Hipol.

„Wissen im Bereich der Kinematik ermöglicht es uns, viele verschiedene Aspekte der Pickleball-Bewegung zu berücksichtigen, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verschiebung und Flugzeit des Balls. Darüber hinaus müssen auch die Aufprallkraft des Schlägers oder der Spielfeldoberfläche sowie aerodynamische Effekte berücksichtigt werden.“

In einer Artikelserie mit Schwerpunkt auf Pickleballs entwickelte Hipol Gleichungen in Bezug auf Bewegung, Geschwindigkeit, Luftwiderstand und sogar Ballverschleiß und Lebensdauer.

Er hat sogar ein Handbuch mit dem Titel „Pickleball Science“ geschrieben, um die physikalischen Prinzipien des Spiels zu erklären und zu zeigen, dass diejenigen, die Pickleball gut spielen möchten, auch einige Grundkenntnisse in Mathematik und Physik benötigen und nicht nur schöne Kleidung tragen und einen guten Schläger kaufen müssen, um gut zu spielen.

Während der schnellste Aufschlag im Tennis eine Geschwindigkeit von 263,4 km/h erreichte (ein Rekord, der 2012 vom australischen Athleten Sam Groth aufgestellt wurde), erreichte der schnellste Aufschlag im Pickleball nur 95,56 km/h (aufgestellt vom amerikanischen Athleten Riley Casey im Jahr 2024).

Hipols Gleichungen zeigen, dass das größte Problem mit langsamen Ballgeschwindigkeiten beim Pickleball nicht auf Unterschiede bei Schlägern, Bällen, Materialien oder Gewichten zurückzuführen ist, sondern auf etwas viel Grundlegenderes. Die Pickleball-Regeln verlangen, dass der Ball unterhalb der Taille serviert wird, was in den meisten Fällen unterhalb der Netzhöhe bedeutet.

Basierend auf dieser Regel gilt: Je näher der Pickleball an der Netzoberkante fliegt, desto höher ist seine Geschwindigkeit. Hipol berechnete anhand von Formeln, dass die meisten Pickleball-Aufschläge an der Netzoberkante in der Regel nur eine Höchstgeschwindigkeit von 64 km/h erreichen.

Wenn Spieler jedoch das Phänomen des Magnus-Effekts nutzen, können sie die Geschwindigkeit ihres Aufschlags auf maximal 105 km/h steigern. Riley Caseys Rekord von 95,56 km/h kann also theoretisch auch von Amateurspielern gebrochen werden.

Der Magnus-Effekt ist nach Heinrich Gustav Magnus benannt, einem deutschen Physiker, der ihn im 19. Jahrhundert erforschte. Magnus entdeckte, dass sich Flugbahn und Geschwindigkeit eines Objekts ändern können, wenn es sowohl fliegt als auch rotiert.

Hipol wendet dies auf den Pickleball-Aufschlag an: Indem Spieler den Schläger über den Ball gleiten lassen und ihm einen Aufwärtsdrall verleihen (eine Technik namens „Topspin“), können sie die Luft über dem Pickleball schneller bewegen, während sich die Luft darunter langsamer bewegt. Dadurch entsteht eine Abwärtskraft, die den Ball schneller nach unten drückt und ihm gleichzeitig hilft, eine hohe Geschwindigkeit beim Auftreffen auf dem Boden beizubehalten.

Pickleball-Spieler, die Topspin beherrschen, sollten entweder ihre Technik weiter verbessern oder einen Schläger wählen, der den Topspinanteil ihrer Schläge erhöht. Darüber hinaus sollten alle Spieler lernen, Topspin einzusetzen, um ihre Schläge abwechslungsreicher zu gestalten und ihre Gegner in Atem zu halten.

Nehmen wir nun an, Sie haben einen perfekten Topspin, der eine Ballgeschwindigkeit von 105 km/h erzeugt. Die Frage ist dann, ob Ihr Schlag ein One-Shot-Gewinner sein kann oder nicht. Dies hängt von der Flugzeit des Balls, der Entfernung zwischen den beiden Spielern und der Geschwindigkeit der kritischen Muskelreaktion des Menschen ab.

Beim Aufschlag beträgt der Abstand zwischen den beiden diagonal gegenüberstehenden Spielern in der Regel 12 bis 14 Meter. Ein Topspin-Schlag bringt den Ball in 0,41 bis 0,48 Sekunden zum Ziel. Zum Vergleich: Studien zeigen, dass die schnellste menschliche Reaktionszeit für einfache Aufgaben in der Regel zwischen 0,1 und 0,2 Sekunden liegt. Dies gilt für gesunde Menschen, insbesondere Sportler oder gut trainierte junge Menschen.

Wenn wir jedoch zwischen mehreren Reizen unterscheiden oder Entscheidungen treffen müssen, wie zum Beispiel die Flugbahn des Balls verfolgen oder entscheiden, ob wir nach links oder rechts schlagen, ist unsere Reaktionszeit oft langsamer und beträgt etwa 0,2 bis 0,4 Sekunden. Glücklicherweise reicht diese Zeit immer noch aus, um einen perfekten Topspin des Gegners zu blockieren.

Handelt es sich jedoch nicht um einen Aufschlag, sondern um einen Netzschlag, bei dem der Abstand zwischen den beiden Spielern auf 5 Meter reduziert ist, muss man innerhalb von 0,17 Sekunden reagieren. Dies ist fast die Grenze der bewussten menschlichen Reaktionszeit. Wenn man also einen Topspin ans Netz schlägt, gewinnt man mit ziemlicher Sicherheit den Punkt.

Jeder Pickleball-Neuling wird von einer Sache überrascht sein: der Lautstärke, insbesondere dem einzigartigen „Plopp“, der vom Schläger ausgeht, wenn er den Ball trifft. Hipol sagt, der Lärm könne bis zu 120 Dezibel (dB) erreichen. Zum Vergleich: 120 dB entsprechen etwa der Lautstärke eines Hammers, der auf einen Nagel trifft, oder der Sirene eines vorbeifahrenden Krankenwagens.

Aber wie kann der Ton so laut sein? Hipol sagt, in diesem Fall sei die Lautstärke „nicht vom Ball, sondern vom Schläger“ abhängig. Die meisten Pickleball-Schläger haben eine harte Oberfläche, und die kurze Kontaktzeit zwischen Schläger und Ball – nur etwa 4 Millisekunden – lässt ihn wie die Haut einer Trommel vibrieren.

Um das Gewicht zu reduzieren und die Elastizität zu erhöhen, haben Hersteller von Pickleball-Schlägern das Innere des Schlägers in Form einer hohlen Wabe gestaltet. Diese Hohlräume verstärken den Klang, und die Waben erzeugen einen resonanten Klang, der ihn auf bis zu 120 dB steigert.

Aus diesem Grund beschweren sich in den USA viele Anwohner von Pickleball-Plätzen über die Lärmbelästigung durch den Sport. Einige Hersteller bieten daher mittlerweile „leise“ Schläger an, die laut Hipol Schaumstoff enthalten, um einen Teil der Schallwellen zu absorbieren.

Quelle: https://khoahocdoisong.vn/trong-mat-ky-su-nasa-pikleball-an-chua-bi-mat-ly-thu-nao-post1543963.html