Какие интересные секреты скрывает пиклбол по мнению инженеров НАСА?

Одной из особенностей игры Pickleball является то, что в ней задействовано множество очень интересных физических схем.

Мы живём в то время, когда все играют в пиклбол, каждая семья играет в пиклбол. Площадки для пиклбола появляются повсюду, даже владельцы теннисных кортов прекращают бизнес, чтобы перестроить их и перейти на этот новый вид спорта . В США пиклбол также становится самым быстрорастущим видом спорта уже четвёртый год подряд.

По данным отраслевой ассоциации, в пиклбол сейчас играют более 13,6 миллионов американцев, что делает этот вид спорта самым быстрорастущим по числу новых игроков. Города, школы и клубы пиклбола появляются повсюду, привлекая людей всех возрастов и происхождения.

Неподалёку от эпицентра этого вида спорта находится Фил Хайпол, инженер по динамике конструкций с богатым опытом работы в аэрокосмической отрасли. Хайпол написал руководство по динамическим критериям воздействия на окружающую среду для NASA, а также руководство по вибрации и ударам для отрасли.

А когда он начал играть в пиклбол, он внезапно осознал, что этот вид спорта во многом похож на его основной: от кинематики мяча и текстуры поверхности ракетки до вибраций и характерного «щелчка», который создаёт пиклбол. Говорят, что, выходя на площадку для пиклбола, Хайпол видит не ракетку и мяч, а лишь физические формулы вокруг.

Одним из основополагающих принципов физики, лежащих в основе пиклбола, является бросковое движение, описывающее траекторию, которую совершает предмет, двигаясь по воздуху под действием силы тяжести. Когда игрок ударяет пиклбол ракеткой, он летит по криволинейной траектории, называемой параболической дугой, которая, по сути, совпадает с траекторией полета летящего объекта, например, ракеты.

Угол и скорость удара по мячу, в сочетании с силой тяжести, определяют форму и высоту траектории полёта мяча. Игроки могут контролировать траекторию полёта мяча, регулируя угол наклона ракетки и силу замаха. «Важно уметь предсказывать траекторию полёта мяча, чтобы лучше ориентировать ракетку или занимать нужную позицию на корте для возврата мяча в нужном направлении», — говорит Хайпол.

«Знания в области кинематики позволяют нам учитывать множество различных аспектов движения пиклбола, таких как скорость, ускорение, смещение и время полёта мяча. Кроме того, необходимо учитывать силу удара ракетки или поверхности корта, а также аэродинамические эффекты».

В серии статей, посвященных клюшкам Pickleballs, Хайпол разработал уравнения, касающиеся движения, скорости, сопротивления воздуха и даже износа и срока службы мячей.

Он даже написал руководство «Наука пиклбола», чтобы объяснить физические принципы игры и показать, что тем, кто хочет хорошо играть в пиклбол, необходимы также некоторые базовые знания математики и физики, а не только ношение красивой одежды и покупка хорошей ракетки для хорошей игры.

В то время как самая быстрая подача в теннисе достигла скорости 263,4 км/ч (рекорд, установленный австралийским спортсменом Сэмом Гротом в 2012 году), самая быстрая подача в пиклболе достигла всего лишь 95,56 км/ч (рекорд, установленный американским спортсменом Райли Кейси в 2024 году).

Уравнения Хайпола показывают, что главная проблема с низкой скоростью мяча в пиклболе связана не с различиями в ракетках, мячах, материалах или весе, а с чем-то гораздо более фундаментальным. Правила пиклбола требуют подавать мяч ниже пояса, что в большинстве случаев означает, что мяч должен находиться ниже сетки.

Согласно этому правилу, чем ближе пиклбол летит к верхней части сетки, тем выше его скорость. Хайпол использовал формулы для расчёта того, что большинство подач пиклбола обычно достигают максимальной скорости 64 км/ч только у верхней части сетки.

Но если игроки используют знание феномена, называемого эффектом Магнуса, они могут увеличить скорость подачи до 105 км/ч. Так что рекорд Райли Кейси в 95,56 км/ч теоретически может быть побит даже любителями.

Эффект Магнуса назван в честь Генриха Густава Магнуса, немецкого физика, изучавшего его в XIX веке. Магнус обнаружил, что если объект одновременно летит и вращается в воздухе, его траектория и скорость могут меняться.

Применяя этот принцип к подаче пиклбола, Хайпол говорит, что, скользя ракеткой по мячу и придавая ему восходящее вращение (техника, называемая «топ-спин»), игроки могут заставить воздух над пиклболом двигаться быстрее, а воздух под ним — медленнее. В результате возникает направленная вниз сила, которая заставляет мяч быстрее опускаться, одновременно помогая ему сохранять высокую скорость при ударе о землю.

Игрокам в пиклбол, которые умеют использовать верхнее вращение, следует либо совершенствовать свою технику, либо выбрать ракетку, которая позволяет увеличить количество верхнего вращения в ударах. Кроме того, всем игрокам следует научиться использовать верхнее вращение, чтобы разнообразить свои удары и заставлять соперников гадать.

Теперь предположим, что у вас есть идеальный топспин, который придаёт мячу скорость 105 км/ч. Вопрос в том, может ли ваш удар стать победным с одного удара? Это зависит от времени полёта мяча, расстояния между двумя игроками и скорости критической мышечной реакции человека.

При подаче расстояние между двумя игроками, стоящими по диагонали площадки, обычно составляет 12–14 метров. Удар с верхним вращением доставит мяч к вам за 0,41–0,48 секунды. Для сравнения, исследования показывают, что самое быстрое время реакции человека на простые действия обычно составляет от 0,1 до 0,2 секунды. Этот показатель рассчитан для здоровых людей, особенно спортсменов или хорошо тренированных молодых людей.

Однако, когда нам приходится различать несколько стимулов или принимать решения, например, отслеживать траекторию мяча или выбирать, ударить влево или вправо, наша реакция часто замедляется, достигая примерно 0,2–0,4 секунды. К счастью, этого времени всё ещё достаточно, чтобы заблокировать идеальный топспин соперника.

Однако, если это не подача, а удар по сетке, где расстояние между игроками сокращается до 5 метров, вам потребуется среагировать в течение 0,17 секунды. Это практически предел времени сознательной реакции человека. Поэтому, если вы сделаете топ-спин у сетки, вы почти наверняка выиграете очко.

Любого новичка в пиклболе удивит одна вещь: громкость звука, особенно характерный хлопок, который издаёт ракетка при ударе по мячу. По словам Хайпола, этот шум может достигать 120 децибел (дБ). Для сравнения, 120 дБ — это громкость удара молотка по гвоздю или сирены проезжающей машины скорой помощи.

Но как звук может быть таким громким? Хайпол говорит, что в данном случае громкость исходит «не от мяча, а от ракетки». Большинство ракеток для пиклбола имеют твёрдую поверхность, и короткое время контакта ракетки с мячом — всего около 4 миллисекунд — заставляет её вибрировать, как кожу барабана.

Производители ракеток для пиклбола, чтобы уменьшить вес и повысить эластичность, придали внутренней части ракетки форму полых сот. Именно эта пустота усиливает звук, а соты создают резонансный звук, достигающий 120 дБ.

Именно по этой причине в США многие жители, живущие рядом с площадками для пиклбола, начали жаловаться на шумовое загрязнение, вызванное этим видом спорта. Поэтому некоторые производители начали продавать «тихие» ракетки, которые, по словам Хайпола, могут содержать внутри вспененный материал, поглощающий часть звуковых волн.

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