Knuckleballens fysik

Med OL i sine sidste par dage har der været masser af muligheder for at se et af de mærkeligste og mest mystiske briller i sport: knuckleballen. Selvom du aldrig har hørt om en knuckleball, har du sikkert set det sket lige før dine øjne. En knækbold er dybest set, når en sfærisk projektil er ramt eller kastet sådan, at kuglens spin minimeres, hvilket skaber en uforudsigelig zigzag-bane, der kan overvinde det modsatte hold (såvel som spillerne på ens eget hold).

Navnet er afledt af den måde, hvorpå gamle baseballkande i de tidlige dage af Major League Baseball (især Eddie Cicotte fra Chicago White Sox) plejede at greb bolden med deres knogler, før de kastede. Målet er at give bolden så lidt rotations spin som muligt.

Hvis du gør det, resulterer det i en stigebane, der påvirkes af variationer i luftstrømmen, der gøres lettere af forskellene i kuglens glatte overflader og sømmernes sømme (eller det er ideen - mere om hvorfor det måske ikke er sandt i en smule). I det væsentlige tvinger du luftstrømmen til at skabe en asymmetrisk træk, der skaber en zigzag-lignende tonehøjde. Bolden, på vej til sin hjemmeplan, vil stort set ligne sin fladrende side til side eller op og ned.

Selvfølgelig vil du ikke kaste en bold, der har ingen spin - kun en lille, hvor bolden dækker afstanden uden at fuldføre mere end en halv rotation. Du kan overveje at knuckleballen er en invers version af fodboldens krumme frie spark, hvor målet er at anvende et meget kraftigt spin på en bold for at gøre det i retning mod en enkelt retning.

At forsøge at kaste en bold i denne meget snævre rotationsgrænse er en utrolig vanskelig opgave - og det er grunden til, at så få kande, der har spillet i de store, har perfektioneret det. Desuden er hastighed den øverste rangerede metrisk i evaluering af krukker - og fordi en knækbold bevæger sig langsommere end enhver anden slags tonehøjde, er der mindre og mindre incitament disse dage til at være perfekt.

Selvom knuckleballs er mest fremtrædende i baseball, forekommer de også i sportsgrene som fodbold og volleyball - men er også mærkeligt fraværende i spil som bordtennis, squash og basketball. Og i mange af disse sportsgrene mangler ballerne sømme eller en høj grad af asymmetri på overfladen. Så hvorfor ser vi stadig knuckleballs i andre sportsgrene?

Det spørgsmål bringer os til et par undersøgelser om knoglekuglernes fysik, som væskedynamikforsker Baptiste Darbois Texier har arbejdet på. I 2012 gennemgik hun og hendes kolleger gennem et fluiddynamisk eksperiment, der faldt stål, glas og plastperler af forskellig størrelse i vand, at en kugle i en strøm - som en knækbold - vil opleve et fænomen, hvor trækkraften på objektet begynder at reducere kraftigt. En sideløbende kraft swoops i, der forårsager "træk krise" - forårsager bolden at fladte frem og tilbage og bevæger sig fremad.

I en nyere undersøgelse, der blev offentliggjort i sidste måned i New Journal of Physics, Texier og hendes team brugte vindtunneltestning til bedre at karakterisere knoglekuglernes opførsel og reproducere deres bevægelser i en kontrolleret indstilling. Ved hjælp af et specialbygget "sparkmaskine" apparat til genskabelse af knuckleballs i fodbold, fandt holdet, at "alle bolde, der flyver i luften med en sådan hastighed og ikke har noget spin, kan følge en zigzag bane, selvom de ikke har sømme", fortæller Texier Inverse. "Denne kendsgerning beviser, at en ikke-roterende og glat kugle, der bevæger sig i luften, oplever fluktuerende løftekræfter, der er i stand til at fremstille ikke-lige baner."

Dette er i modsætning til et tidligere begreb, der forklarede zigzag-baner af sportsbolde med tilstedeværelsen af ​​sømme og en lille smule spin. Texier siger en del af eksperimentet, der involverer at teste bevægelsen af ​​glatte bocce bolde faldt i vand. "De ikke-lige baner af sådanne tætte og glatte bolde var virkelig uventede for os," siger hun. "Zigzag-bølgelængden var meget større end den typiske skydeafstand, der stødte på i et sportsfelt. En sådan kendsgerning forklarer, hvorfor zigzag stier aldrig observeres i bocce."

Et stort spørgsmål forbliver dog specifikt for baseball: Men ville vi se knogeboller, hvis genstanden var glat og sømløs? Texier har ikke et svar på det, men det er det næste spørgsmål, der er tilbage for at svare.