Крикет и гольф имеют мало общего. Конечно, существует традиция носить вязаные свитера при занятиях обоими видами спорта, но с точки зрения системы начисления очков и количества игроков, размера мяча и игровой площадки — это очень разные игры. Однако есть одна общая черта: и крикет, и гольф предполагают удары по мячу с текстурированной поверхностью. Эта, казалось бы, незначительная деталь позволяет игрокам в гольф и крикет использовать принципы аэродинамики для победы.
В гольфе мяч изготавливается так, чтобы иметь равномерное покрытие из сотен ямочек. Они создают очаги турбулентности, из-за которых поток воздуха проходит ближе к поверхности мяча, чем если бы он был гладким. Эффект уменьшает зону низкого давления позади мяча, тем самым снижая сопротивление и позволяя мячу двигаться дальше.
Еще одним преимуществом этой конструкции ямок является то, что она усиливает «Эффект Магнуса», явление, которое возникает, когда мяч вращается во время полета по воздуху. Назван в честь 19-гоthнемецкий физик XIX века Генрих Густав МагнусЭто результат разницы давлений на вращающейся поверхности между стороной, где движение мяча противодействует потоку воздуха, и стороной, где оно движется в том же направлении.
Физика футбола
Эта разница давлений вызывает общую силу, действующую на шар в направлении низкого давления. В случае, когда игрок в гольф создает обратное вращение – когда «верхняя часть» мяча вращается в сторону игрока в гольф – результирующая сила направлена вверх, поэтому мяч перемещается дальше, чем если бы он не вращался.
Физика крикетного мяча еще интереснее. Он изготовлен гладким и блестящим, с рельефным швом по периметру. Ответственность за изменение текстуры кожаной поверхности лежит на самих игроках в крикет (при условии, что они делают это в соответствии с правилами игры). Это ответственность с интересными последствиями и историей скандалов.
В крикете существует множество стилей боулинга, но все они делятся на две большие категории – быстрый и вращение. Спин-боулинг это более медленная подача, но, быстро вращая мяч, боулер может заставить мяч отскакивать под необычными углами, из-за чего человеку, отбивающему мяч, будет трудно предсказать путь его приближения. Напротив, быстрые боулеры стараются как можно быстрее бросить мяч в отбивающего, чтобы вызвать ошибку.
Но в быстром боулинге есть еще одна дисциплина, называемая качели боулинг, цель которого — заставить мяч отклониться от линейной траектории. Идея состоит в том, что это запутает отбивающего и не даст ему достаточно времени для корректировки удара, что повысит вероятность попадания калитки (то есть отбивающего нет). Быстрый боулер может добиться такой подачи с помощью нового блестящего шара, повернув приподнятый шов в сторону от предполагаемого направления движения.
Говоря научным языком, свинг — это чистая сила, действующая на мяч вбок и возникающая в результате разницы давлений на нем. Когда мяч подбрасывается, часть мяча окружает тонкий слой воздуха – пограничный слой. Он отрывается от поверхности в двух местах, известных как точки разделения, «позади» мяча относительно направления его движения.
Турбулентный пограничный слой отрывается от шара позже, чем ламинарный (когда поток воздуха плавный), и эта более поздняя точка отрыва приводит к более низкому давлению на этой стороне. Благодаря наличию как ламинарного, так и турбулентного пограничных слоев на противоположных сторонах шара точки разделения становятся асимметричными, что приводит к градиенту давления поперек шара.
Боулер отклонит шов в сторону от направления подачи, что нарушит поток воздуха над одной стороной мяча.
Так как же создать оба типа пограничного слоя на одном и том же мяче, особенно если этот мяч представляет собой новый гладкий мяч для крикета? Именно здесь в игру вступает выступающий шов мяча. Боулер отклонит этот шов в сторону от направления подачи, что нарушит поток воздуха над одной стороной мяча. Пограничный слой на другой стороне остается ламинарным, и поэтому у вас есть асимметрия и раскачивание; в данном случае по направлению шва.
Однако совершенно новый, красивый, прочный и блестящий мяч для крикета недолго сохраняет свой блеск. Удары и отбрасывания по всему полю, потенциально сотен доставок, создают трещины, морщины и общую неряшливость. Хотя может показаться, что наклон шва на равномерно потрепанном мяче должен служить той же цели, что и на гладком новом мяче, это не так. По мере старения мяча шов тоже изнашивается и становится менее заметным. По сути, он будет менее эффективен при перекрытии воздушного потока, что сделает одну сторону еще более турбулентной.
Физика для любителей спорта.
Напротив, если половина шара более гладкая, чем другая, это означает, что боулеру не нужно самим создавать ламинарные и турбулентные пограничные слои - вместо этого они будут формироваться в соответствии с поверхностью, по которой они текут. Поэтому игроки стараются поддерживать физическую асимметрию мяча, что требует от стороны боулинга, чтобы половина мяча была как можно более гладкой. Обычно это делается путем полировки мяча на одежде, создания характерных красных полос на белой форме игрока в крикет или сглаживания его потом перед подачей в боулинг.
По мере того, как ученые разрабатывают технологию количественной оценки каждой переменной траектории мяча, спортсмены и их тренерские команды лучше понимают эти аэродинамические явления и способы манипулирования ими. Таким образом, игра постоянно развивается, а границы расширяются все дальше и дальше в погоне за трофеями.
