facebook tracking pixel
חיפוש סגור

שמואל גולדברג | טניס | 16/02/2018

טניס: הקסם של הכדור המסתובב

כתב: שמואל גולדברג, פיזיקאי, מחבר הספר Elements of a Powerful Tennis Stroke, 2013

במאמר הקודם, "טניס: המעוף של הכדור", הבנו איך המצאת המחבט עם ראש גדול הובילה ליכולת ליצור את סיבוב הכדור. במאמר הזה נראה איך סיבוב הכדור משנה לא רק את המעוף כולו, אלא גם את המשחק. הכדור המסתובב מוביל למשחק התקפי מהקו האחורי!

כדור טניס מצופה לבד שעיר, אשר מספק תכונות מיוחדות לכדור המסתובב, כפי שנראה בהמשך. מכאן הרגישות הרבה לאיכותו. אפילו בלאי זניח של הכדור אינו מקובל, ובתחרויות מחליפים את כל ששת הכדורים כל תשעה משחקונים.

איור 1 מציג כדור שמסתובב סביב ציר המאונך לכיוון המעוף שלו. בציור כיוון המעוף אופקי, אך הוא יכול להיות בכל זווית, כלפי מעלה וכלפי מטה. כאן נבחן מה מתרחש באזורים מעל ומתחת לציר הסיבוב של הכדור, המסומנים באיור ב-A ו-B.

איור 1. מעוף הכדור המסתובב

הלבד גורר עמו חלקיקי אוויר, שהם מולקולות של אוויר, חלקיקי אבק, טיפות זעירות של מים ושילוב של שלושתם. כשכדור עף, הוא "מרגיש" את חלקיקי האוויר הבאים ממול, כפי שאנו מרגישים רוח כאשר אנו מוציאים יד מחלון של מכונית נוסעת. התנגשויות של חלקיקי אוויר, הנגררים על ידי לבד, עם הרוח הנגדית, משפיעות מאוד על המעוף של הכדור, כפי שנראה בהמשך.

איורים 2 ו-3 מציגים מצב דמיוני של חלקיקי אוויר טרם ההתנגשות ואחריה. המצב דמיוני, כשבכל זמן נתון ובכל מקום יש חלקיקים שעברו התנגשות וגם כאלה שטרם עברו, כאשר אין הפרדה ביניהם. כדי להבין את התופעה הצגנו את ההפרדה באיורים.

איור 2 מציג חלקיקי אוויר שבמשטח  ושערות לבד באזור המסומן A. כשמדובר בכדור מסתובב, נעים חלקיקי אוויר הצמודים לכדור בכיוון הנגדי לרוח שממול. חלקיקי אוויר אלה מתנגשים חזיתית בחלקיקים הבאים ממול. מכאן נוצרים חלקיקים הנעים בעוצמה לכל עבר, וחלקם פוגע בכדור עצמו ומפעילים עליו כוח משמעותי בכיוון הניצב לכיוון המעוף ולציר סיבוב הכדור.

איור 2. משטח A של הכדור שבאיור 1

 

איור 3 מציג חלקיקי אוויר שבמשטח B. גם כאן יש חלקיקי אוויר המונעים על ידי סיבוב הכדור, אך כיוון התנועה שלהם תואם לכיוון של הרוח הנגדית. גם כאן יש התנגשויות, אך הן אינן חזיתיות, ולכן הן בעוצמה מופחתת בהשוואה למשטח A. כלומר בכדור שעף אופקית, בעל סיבוב עילי, נוצרים כוחות המופעלים כלפי מעלה וכלפי מטה, אך כיוון שהכוח המופעל כלפי מעלה חלש יותר, הכוח הכולל פועל כלפי מטה.

איור 3. משטח B של הכדור שבאיור 1

כך בכדור בעל סיבוב תחתי שעף אופקית הכוח פועל כלפי מעלה.

התייחסנו למעוף האופקי כי כך נוח יותר. הרוח הנגדית נוצרת גם כשהמעוף בזווית כלפי מעלה וגם בזווית כלפי מטה. כלומר בזכות הסיבוב הכוח F ייווצר תמיד אנכית לכיוון המעוף. ראה איורים 4 ו-5.

איור 4. הכוח הפועל על כדורים בעלי סיבוב עילי הנעים בזוויות שונות

 

איור 5. הכוח הפועל על כדורים בעלי סיבוב תחתי הנעים בזוויות שונות איור 6. מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x") עם שחרורם מהמחבט

איור 6 משווה את תחילת המסלולים של כדור שטוח ושל כדור בעל סיבוב עילי, המשתחררים מהמחבט במהירות זהה. מסלולו של כדור בעל סיבוב עובר מתחת לזה של הכדור השטוח בזכות הכוח הפועל עליו, שהוצג באיור 4. נוסף לכך, הכדור מאיץ את מהירותו בזכות המרכיב האופקי של הכוח הזה.

איור 7. מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x") לקראת הפגיעה במגרש

 

איור 7 מציג את אותם הכדורים לקראת הפגיעה בקרקע. הכדור המסתובב מאט לכיוון האופקי, נוחת קרוב יותר לרשת ופוגע חזק יותר בקרקע, בזכות הכוח שהוצג באיור 4.

איור 8. השוואת מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x")

איור 8 משווה מסלולים של כדור שטוח וכדור בעל סיבוב עילי, ששניהם השתחררו מהמחבט במהירות של 25 מטר לשנייה ובזווית של 10º מעל האופק. כדור המסתובב 50 סיבובים בשנייה נוחת במרחק של 15 מטר, לעומת הכדור השטוח, הנוחת במרחק של 20 מטר, נמצא באוויר 0.7 שניות, לעומת שנייה אחת, ועוצמת הפגיעה שלו בקרקע גדולה ב-30%.

איור 9. מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x")

איור 9 משווה כדור שטוח שהשתחרר מהמחבט במהירות של 25 מטר לשנייה וכדור בעל סיבוב עילי, שהמהירות ההתחלתית שלו הייתה 32 מטר לשנייה. ודאי שכדור שטוח בעל מהירות 32 מטר לשנייה היה יוצא מהמגרש. לעומתו, כדור שיש לו 50 סיבובים בשנייה נוחת באותה הנקודה כמו הכדור האיטי השטוח, אך פוגע 30% חזק יותר, ומשאיר ליריב 20% פחות זמן להגיב לכדור, כיווןשמהירותו גדולה יותר. לאחר הפגיעה במגרש הכדור עולה גבוה יותר, קרוב לאנך, דבר המקשה על היריב עוד יותר. זה בדיוק המשחק ההתקפי מקו הבסיס!

איור 10. מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x") עם שחרורם מהמחבט איור 11. מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x") לקראת הפגיעה במגרש

איורים 10 ו-11 משווים מסלולים של כדור שטוח וכדור בעל סיבוב תחתי המשתחררים מהמחבט בתנאים זהים: זווית של 45º ומהירות של 25 מטר לשנייה. הכדור בעל הסיבוב התחתי מבצע 80 סיבובים בשנייה. הסימנים על המסלולים מראים את מיקומם של הכדורים כל עשירית שנייה. הכדור המסתובב מתעכב בעלייה לאחר הכדור השטוח, מסלולו גבוה יותר והוא מאט. בירידה הוא מאיץ, צובר מהירות, אך פגיעתו במגרש חלשה יותר.

איור 12. השוואת מסלולים של כדור שטוח (מסומן ב-"•") וכדור בעל סיבוב עילי (מסומן ב-"x")

איור 12 משווה כדור בעל סיבוב תחתי של 50 סיבובים לשנייה מול כדור שטוח. שניהם משתחררים מהמחבט ב-20 מטר לשנייה וב-10º מעל האופק. הסיבוב התחתי גורם לכדור להישאר באוויר 25% יותר זמן, לעבור מרחק רב יותר ולפגוע ועומצת הפגיעה שלו במכגרש קטנה ב-20%. זה מוביל לחבטה הגנתית. אך הכדור המסתובב, לעומת הכדור השטוח, עולה לגובה נמוך יותר לאחר הפגיעה בקרקע, דבר המקשה על היריב.

קישורים

שמואל גולדברג, דוא''ל mu6sys@netvision.net.il

המאמרים הקודמים בסדרה:

  1. מה קורה כשכדור טניס פוגע במחבט של אלוף?
  1. טניס - סוד החבטה של האלופים
  2. טניס: האצת החבטה
  1. טניס: שני הרכיבים (בלבד) של חבטת כף יד
  1. טניס: חבטת גב יד באחיזת שתי ידיים
  1. טניס: חבטת גב יד באחיזה של יד אחת 
  2. טניס: חבטת הגשה
  3. טניס: המעוף של הכדור

 

 

 

יש לך שאלה למומחים של המכללה האקדמית בוינגייט ? אין צורך להתבייש, רק ללחוץ כאן.

מאמרים רלוונטים נוספים

קריטריונים להשתתפות בתחרויות האתלטיקה במשחקים האולימפיים

09/08/2016

קרא עוד

האפוס של המיל, חלק ד'

18/07/2012

קרא עוד

הדיוק של שעוני GPS

21/12/2011

קרא עוד

חיזוי זמן ריצת חצי מרתון

28/03/2019

קרא עוד

הפינה האולימפית, אטלנטה 1996, חלק ג'

08/07/2018

קרא עוד

הפינה האולימפית - אנטוורפן 1920

04/09/2016

קרא עוד