跳到主要内容

话题

日常科学

日常科学

游戏,设置和较慢的匹配

03 Jun 1999
请新球。

对于许多体育迷,6月份是Wimbledon网球锦标赛的代名词。成千上万的人将涌向所有英格兰·劳坦网球俱乐部,观看球员在草地上争夺它,数百万更多将在电视上观看锦标赛。但许多网球官员,球员和观众抱怨球员的速度’ serve on “fast”法院,就像温布尔登那样的法院,这一点太快了。事实上,温布尔登的大多数游戏都赢得了球员的力量’S单独服务而不是遵循长期反弹。对于一些超过30%的球员,他们的套装超过了绑架。

这种情况可能的解决方案包括改变网球场的表面或尺寸,限制球拍的功率或改变网球。摆脱草地并用较慢的表面取代它会清楚地解决问题。然而,温布尔登的草法院是草坪网球的心灵和灵魂,这将永远不会是一个可行的选择。一个更受欢迎的建议要么是球员使用木制球拍或以其他方式限制球拍的力量。国际网球联合会(ITF)目前正在调查是否有利于限制球拍的力量的实用方法。

减速游戏的最受欢迎的建议之一是改变球。一种方法是使球更大。这将影响球与球拍之间的相互作用,球’通过空气的飞行,并在地上弹跳。这是世界统治机构的ITF,因此已经开始了一个挑战的项目,以研究网球物理学。

目前,游戏状态的规则是网球的质量在56.7g和58.5g之间,直径在65.41 mm和68.58 mm之间。 ITF提出较大的网球(高达71毫米)可以在快速法院使用,例如温布尔登那些。但在这样的规则变化之前,研究其对游戏的影响非常重要。

为了简化问题,调查的第一阶段集中在非旋转网球上。 ITF的Simon Goodwill在ITF射击了标准尺寸的球(直径为65毫米)和球的球,速度为8%(直径为69毫米),速度高达60米-1 (135英里/小时)从网球拍的压缩空气枪。使用光指导,他测量了自由悬挂和刚性夹紧球拍的冲击和回弹速度。

在速度下发现​​不同尺寸的球从球拍反弹的速度下才才归因于球的刚度和质量的微小变化。发现具有较高质量或刚度的球从球拍上更快反弹。这是因为球拍串比与较轻或更少的球更令人变形。因此,更多的能量将恢复到较重或更富有的球中,导致它以更高的速度反弹。

在谢菲尔德大学,我们通过在闭路风洞的力平台上安装非旋转球来对标准和更大尺寸的球进行空气动力学研究。我们发现,将球上的阻力与其速度,直径和密度相关的阻力系数在各个尺寸的网球的大范围内持续恒定。悉尼大学的棒十字架进行了类似的研究,证实网球周围的气流与其他类型的球周围的气流不同。

当光滑球周围的气流是偶数和层状的时,拖动系数高。但是,在高速度,气流经历从层流到湍流的过渡,并且拖曳系数通过更多的倍数下降。实际上,多年来高尔夫球已经获得了灰度以诱导该转变,从而降低了更低的速度的阻力。这就是为什么凹陷高尔夫球行驶的距离比光滑的高尔夫球相比。另一方面,网球似乎没有经历这种过渡,无论速度如何,拖曳系数都保持不变。我们发现影响阻力系数的主导因素是网球表面上方的午睡的高度– in other words, “fluffier”球具有更高的阻力系数。这可能会解释为什么网球运动员评论,球在游戏期间睡觉时的球更快地旅行。

控制球的另一个主要因素’通过空气的飞行是它的直径。由于其横截面积增加,较大的球经历了更高的牵引力,这导致它减慢超过标准尺寸的球。敲击效果是较大的球在一个陡峭的角度下落地,导致它以陡峭的角度反弹。

这为我们带来了球场的影响。使用能够以高达50米的速度发射球的保龄球机在粘土和丙烯酸法庭上投射标准和较大尺寸的球。-1。使用每秒9000帧的高速摄像机记录每个球的影响和反弹。我们发现,两个球从粘土法院那里的亚克里语法中互相反弹。然而,较大的球以比标准尺寸的球略陡的角度反弹,特别是在粘土表面上。虽然这个角度达到小于2°,当添加到较大的球也以陡峭的角度击中法院的事实时,玩家将注意到较大的球的方式有显着差异“plays”.

我们还分析了具有50米速度的球的完整轨迹-1 并在服务线里面反弹。在登陆法院之前,较大的球比标准球行进的15厘米,并在丙烯酸和粘土表面后面大约30毫秒到达基线。

这可能不会听起来很重要,但标准和较大球之间的差异可能与粘土和丙烯酸法庭之间的差异大。玩家知道粘土表面比丙烯酸更慢,因此较大的球的效果将是显着的。

今年ITF将提出一个规则变更,将允许较大的网球用于评估玩家’锦标赛中的反应。与此同时,物理调查的下一阶段是包括旋转和球拍设计在球上的影响’影响和轨迹。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者