ในสายตาของวิศวกร NASA พิเคิลบอลมีความลับที่น่าสนใจอะไรซ่อนอยู่บ้าง?

เราอยู่ในช่วงเวลาที่ทุกคนกำลังเล่นพิกเกิลบอล ทุกครอบครัวต่างก็เล่นพิกเกิลบอล สนามพิกเกิลบอลผุดขึ้นทั่วทุกหนทุกแห่ง แม้แต่เจ้าของสนามเทนนิสก็กำลังปิดกิจการเพื่อปรับปรุงสนามให้หันมาเล่น กีฬา ประเภทนี้ ในสหรัฐอเมริกา พิกเกิลบอลยังกลายเป็นกีฬาที่เติบโตเร็วที่สุดเป็นปีที่ 4 ติดต่อกัน

ปัจจุบันมีชาวอเมริกันมากกว่า 13.6 ล้านคนเล่นพิกเกิลบอล ตามข้อมูลของสมาคมการค้า ทำให้พิกเกิลบอลเป็นกีฬาที่มีผู้เล่นหน้าใหม่เติบโตเร็วที่สุด เมืองต่างๆ โรงเรียน และสโมสรพิกเกิลบอลผุดขึ้นทั่วทุกแห่ง ดึงดูดผู้คนทุกเพศทุกวัยและทุกภูมิหลัง

ไม่ไกลจากศูนย์กลางของกระแสความนิยมของกีฬาชนิดนี้คือ ฟิล ฮิโพล วิศวกรพลศาสตร์โครงสร้างผู้มีประสบการณ์ยาวนานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ฮิโพลได้เขียนคู่มือเกี่ยวกับเกณฑ์ด้านสิ่งแวดล้อมพลศาสตร์ให้กับนาซา รวมถึงคู่มือเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกสำหรับอุตสาหกรรม

และเมื่อเขาเริ่มเล่นพิกเกิลบอล เขาก็ตระหนักได้ทันทีว่ากีฬานี้มีความคล้ายคลึงกับวิชาเอกของเขาหลายอย่าง ตั้งแต่จลนศาสตร์ของลูกบอล พื้นผิวของไม้แร็กเกต ไปจนถึงแรงสั่นสะเทือนและเสียง "ป๊อป" อันเป็นเอกลักษณ์ที่พิกเกิลบอลสร้างขึ้น มีคนบอกว่าเมื่อฮิโปลไปที่สนามพิกเกิลบอล สิ่งที่เขาเห็นไม่ใช่ไม้แร็กเกตและลูกบอล แต่กลับเห็นเพียงสูตรฟิสิกส์รอบตัวเขาเท่านั้น

หนึ่งในหลักการพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่ควบคุมพิกเกิลบอลคือการเคลื่อนที่แบบขว้าง ซึ่งอธิบายเส้นทางที่วัตถุเคลื่อนที่ผ่านอากาศภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง เมื่อพิกเกิลบอลถูกกระทบด้วยไม้แร็กเกตของผู้เล่น มันจะเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งที่เรียกว่าพาราโบลาอาร์ค ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นเส้นทางเดียวกับวัตถุที่บินได้ เช่น จรวด

มุมและความเร็วในการตีลูก ประกอบกับแรงโน้มถ่วง เป็นตัวกำหนดรูปร่างและความสูงของวิถีลูก ผู้เล่นสามารถควบคุมวิถีลูกได้โดยการปรับมุมของหน้าไม้และแรงสวิง “สิ่งสำคัญคือต้องสามารถคาดการณ์วิถีลูกหรือวิถีลูกได้ เพื่อให้สามารถวางไม้หรือตำแหน่งบนสนามได้ดีขึ้น เพื่อส่งลูกกลับไปในทิศทางที่ต้องการ” ฮิโปลกล่าว

ความรู้ด้านจลนศาสตร์ช่วยให้เราสามารถวิเคราะห์แง่มุมต่าง ๆ ของการเคลื่อนที่ของพิกเกิลบอลได้ เช่น ความเร็ว ความเร่ง การเคลื่อนที่ และระยะเวลาที่ลูกบอลลอย นอกจากนี้ ยังต้องวิเคราะห์แรงกระแทกของไม้หรือพื้นผิวสนาม หรือผลกระทบด้านอากาศพลศาสตร์ด้วย

ในชุดบทความที่เน้นในเรื่อง Pickleballs ฮิโปลได้พัฒนาสมการที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ ความเร็ว แรงต้านอากาศ และแม้แต่การสึกหรอและอายุการใช้งานของลูกบอล

เขายังเขียนหนังสือคู่มือชื่อ Pickleball Science เพื่ออธิบายหลักการทางฟิสิกส์ของเกมและแสดงให้เห็นว่าผู้ที่ต้องการเล่น Pickleball ให้ดีต้องมีความรู้พื้นฐานด้านคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ด้วย ไม่ใช่แค่สวมเสื้อผ้าสวยๆ แล้วซื้อไม้แร็กเกตดีๆ มาเล่นเท่านั้น

ในขณะที่ลูกเสิร์ฟเทนนิสที่เร็วที่สุดมีความเร็วถึง 263.4 กม./ชม. (สถิติโดยแซม โกรธ นักกีฬาชาวออสเตรเลียในปี 2012) ส่วนลูกเสิร์ฟพิกเคิลบอลที่เร็วที่สุดมีความเร็วเพียง 95.56 กม./ชม. (สถิติโดยไรลีย์ เคซีย์ นักกีฬาชาวอเมริกันในปี 2024)

สมการของ Hipol แสดงให้เห็นว่าปัญหาใหญ่ที่สุดของความเร็วลูกช้าใน Pickleball ไม่ได้เกิดจากความแตกต่างของไม้ตี ลูก หรือวัสดุ หรือน้ำหนัก แต่เกิดจากปัจจัยพื้นฐานกว่านั้น กฎ Pickleball กำหนดให้คุณเสิร์ฟลูกต่ำกว่าเอว ซึ่งส่วนใหญ่หมายถึงต่ำกว่าความสูงของตาข่าย

ตามกฎนี้ ยิ่งลูกพิกเคิลบอลลอยเข้าใกล้ขอบบนของตาข่ายมากเท่าไหร่ ความเร็วที่ลูกจะพุ่งไปถึงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ฮิโพลใช้สูตรคำนวณว่าลูกเสิร์ฟพิกเคิลบอลส่วนใหญ่มักจะมีความเร็วสูงสุดเพียง 64 กิโลเมตรต่อชั่วโมงที่ขอบบนของตาข่าย

แต่หากผู้เล่นใช้ความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Magnus Effect พวกเขาสามารถเพิ่มความเร็วในการเสิร์ฟได้สูงสุด 105 กม./ชม. ดังนั้นสถิติ 95.56 กม./ชม. ของไรลีย์ เคซีย์ ก็ยังถูกทำลายได้ในทางทฤษฎี แม้แต่ผู้เล่นสมัครเล่นก็ตาม

ปรากฏการณ์แมกนัสตั้งชื่อตามไฮน์ริช กุสตาฟ แมกนัส นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้ศึกษาปรากฏการณ์นี้ในศตวรรษที่ 19 แมกนัสค้นพบว่าหากวัตถุเคลื่อนที่และหมุนอยู่ในอากาศ วิถีโคจรและความเร็วของวัตถุสามารถเปลี่ยนแปลงได้

ฮิโปล อธิบายว่าการเลื่อนไม้แร็กเกตไปบนลูกปิงปอง จะทำให้ลูกปิงปองหมุนขึ้นในเทคนิคที่เรียกว่า “ท็อปสปิน” จะทำให้อากาศเหนือลูกปิงปองเคลื่อนที่เร็วขึ้น ขณะที่อากาศด้านล่างเคลื่อนที่ช้าลง ผลลัพธ์ที่ได้คือแรงที่ดันลูกปิงปองลงเร็วขึ้น ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้ลูกปิงปองรักษาความเร็วสูงเมื่อกระทบพื้น

ผู้เล่นพิกเคิลบอลที่เข้าใจการใช้ท็อปสปินควรพัฒนาเทคนิคของตนให้มากขึ้น หรือเลือกใช้ไม้ที่สามารถเพิ่มปริมาณท็อปสปินในการตีได้ นอกจากนี้ ผู้เล่นทุกคนควรเรียนรู้การใช้ท็อปสปินเพื่อเพิ่มความหลากหลายในการตีลูก เพื่อให้คู่ต่อสู้คาดเดาได้ยาก

ทีนี้ ลองสมมติว่าคุณมีท็อปสปินที่สมบูรณ์แบบซึ่งสร้างความเร็วลูกกอล์ฟได้ 105 กม./ชม. คำถามคือ ลูกของคุณจะชนะในช็อตเดียวได้หรือไม่ ขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ลูกลอย ระยะห่างระหว่างผู้เล่นสองคน และความเร็วของปฏิกิริยาตอบสนองของกล้ามเนื้อสำคัญของมนุษย์

ในการเสิร์ฟ ระยะห่างระหว่างผู้เล่นสองคนที่ยืนทแยงมุมสนามมักจะอยู่ที่ 12-14 เมตร การตีแบบท็อปสปินจะทำให้ลูกส่งถึงมือคุณภายใน 0.41-0.48 วินาที งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าเวลาตอบสนองที่เร็วที่สุดของมนุษย์สำหรับงานง่ายๆ มักจะอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 0.2 วินาที ซึ่งคำนวณจากคนที่มีสุขภาพแข็งแรง โดยเฉพาะนักกีฬาหรือเยาวชนที่ผ่านการฝึกฝนมาเป็นอย่างดี

อย่างไรก็ตาม เมื่อเราต้องแยกแยะระหว่างสิ่งเร้าหลายอย่างหรือตัดสินใจ เช่น การติดตามวิถีลูก หรือการเลือกที่จะตีลูกไปทางซ้ายหรือขวา เวลาตอบสนองของเรามักจะช้าลง โดยอยู่ที่ประมาณ 0.2 ถึง 0.4 วินาที โชคดีที่เวลานี้ยังเพียงพอที่จะบล็อกลูกท็อปสปินที่สมบูรณ์แบบจากคู่ต่อสู้ได้

อย่างไรก็ตาม หากไม่ใช่การเสิร์ฟ แต่เป็นการตีลูกเข้าเน็ต ซึ่งระยะห่างระหว่างผู้เล่นทั้งสองลดลงเหลือ 5 เมตร คุณจะต้องตอบสนองภายใน 0.17 วินาที ซึ่งเกือบจะเท่ากับขีดจำกัดของเวลาตอบสนองของมนุษย์ ดังนั้น หากคุณตีลูกท็อปสปินเข้าเน็ต คุณแทบจะชนะแต้มนั้นได้อย่างแน่นอน

นักเล่นพิกเกิลบอลมือใหม่ทุกคนจะต้องประหลาดใจกับสิ่งหนึ่ง นั่นคือความดังของมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเสียง “ป๊อป” อันเป็นเอกลักษณ์ที่ออกมาจากไม้แร็กเกตเมื่อกระทบลูก ฮิโปลกล่าวว่าเสียงดังกล่าวอาจดังได้ถึง 120 เดซิเบล (dB) ดังเปรียบเทียบได้ว่า 120 เดซิเบลนั้นเทียบเท่ากับความดังของค้อนที่ตอกตะปู หรือเสียงไซเรนรถพยาบาลที่วิ่งผ่าน

แต่ทำไมเสียงดังขนาดนั้นได้ล่ะ? ฮิโปลกล่าวว่าในกรณีนี้ ความดัง “ไม่ใช่ลูกบอล แต่เป็นไม้” ไม้พิกเคิลบอลส่วนใหญ่มีพื้นผิวแข็ง และระยะเวลาสัมผัสระหว่างไม้กับลูกบอลที่สั้นมาก — เพียงประมาณ 4 มิลลิวินาที — ทำให้ไม้สั่นเหมือนหนังกลอง

เพื่อลดน้ำหนักและเพิ่มความยืดหยุ่น ผู้ผลิตไม้ปิงปองจึงได้ออกแบบภายในไม้ให้มีลักษณะเป็นรังผึ้งกลวง ซึ่งความกลวงนี้เองที่ช่วยเพิ่มเสียง และรังผึ้งจะสร้างเสียงก้องกังวานที่ดังถึง 120 เดซิเบล

ด้วยเหตุนี้เอง ในสหรัฐอเมริกา ผู้คนจำนวนมากที่อาศัยอยู่ใกล้สนามพิกเกิลบอลจึงเริ่มบ่นเกี่ยวกับมลภาวะทางเสียงของกีฬาชนิดนี้ ผู้ผลิตบางรายจึงเริ่มทำการตลาดไม้พายที่ "เงียบ" ซึ่งฮิโพลกล่าวว่าสามารถใส่วัสดุโฟมเข้าไปเพื่อดูดซับคลื่นเสียงบางส่วนได้

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