بحث توپها در ورزش از داغ ترین و جذاب ترین بحثهای مطرح تو مکانیک محسوب میشه. حتی برخورد ساده یک توپ بیلیارد با لبه میز سوال آزمون شفاهی دکترای مهندسی مکانیک دانشگاه تگزاس در آستین بوده! لطیفه هم تو این مقوله زیاده از جمله اینکه پسری توپش میوفته خونه همسایه معتادشون و ...

این جمله از یکی از مربی های بیسبال در نوع خودش جالبه:

Baseball is like church, many attend but few understand!
-Wes Westrum, San Francisco Giants coach (1962)

واقعا تا حالا دقت کردید چرا توپ گلف این شکلیه؟

این حفره ها برا چی روش هستند؟ میدونین یه جماعتی از مهندسین مکانیک سیالاتی رو آرایش و چیدمان و اندازه این حفره ها اموراتشون رو میگذرونن و تا حالا کلی مدل برا این حفره ها ارائه شده؟ و از اون طرف، چرا توپ پینگ پنگ صافٍ صافه:

چرا توپ بیسبال این شکلیه؟ 

شده فکر کنین چرا توپ تنیس زبر و پرزداره؟

این شکل و شمایل ظاهری توپها رو بازی ورزشکارا چه اثری میگذاره؟           

راستش جواب همه این مساله ها رو بچه هایی که مکانیک سیالات 1و2 رو درست خوندن میدونن. اما برای اونا هم مرور این مقوله جالب خالی از لطف نیست.

اشکال زیبا و مهیج توپهای ورزشی همه به نیروهای سطحی ایجاد شده در برخورد توپ با جریان هوای اطرافش بستگی داره.

اگه این جریان اصطلاحا آرام باشه نیروی مقاومت در مقابل حرکت توپ زیاده. از این رو توپ پینگ پنگ باید سطحی صاف داشته باشه تا مقاومت هوا روش زیاد باشه و وقتی طرف مقابل شما محکم به توپ ضربه میزنه شما اگه یه ورزشکار حرفه ای باشید بتونین پاسخ بدین. در واقع زمان برای عکس العمل به شما میده.

اما توپ گلف از اونجا که مسافت طولانی ای رو باید طی کنه و بعضا با یک ضربه حزفه ای به توپ میشه تا مسافتهای طولانی پرتابش کرد و از موانع طبیعی داخل زمین هم عبورش داد سطحش رو حفره حفره میسازن تا جریان هوا دورش مغشوش یا آشفته بشه و مقاومت هوا در مقابلش کم بشه بالتبع و توپ مسافت زیادی رو طی کنه.

توپ تنیس اگه نو باشه مقاومت هوا روش بیشتره نسبت به توپ کهنه و کارکرده. یعنی اندازه پرز های روش در مقامت هوا موثره. اگه کهنه باشه اندازه پرزهاش کوچیکتره و در نتیجه مقاومت هوا روش کمتره! (اگه خسته بودید با توپ کهنه بازی کنین!!)

از اینا بگذریم. توپ بیسبال از همه جالبتره! محل دوخت رو رو توپ تا حالا دیدید؟ تو عکسهای بالا کاملا معلومه!این محل دوخت باعث میشه جریان هوای دور و بر توپ نا متقارن باشه. حتی تا این حد که جریان در یک نیمه از توپ آرام و در نیمه ای دیگر مغشوش باشه و این نیمه ها جای خودشون رو با هم عوض میکنند. این شکلی شما به عنوان کسی که چوب دستی بدست منتظر ضربه زدن به توپه حاله ای از توپ رو میبینه و دقیقا نمیدونه توپ کجاست و اینه که خیلی وقتا سوتی میده و خوب نمیتونه ضربه بزنه. تعداد کمی بیسبالیست هستند که میتونن به اصطلاح ناکل بال بزنن. یعنی از رو تجربه و .... موقعیت توپ رو درست تشخیص میدن و ضمنا با مرکز ضربه چوب دستی به توپ ضربه میزنن که خود این مرکز ضربه هم قصه خودشو داره و به اون سوال دانشگاه تگزاس هم مربوط میشه.

خلاصه، اگه توپ پینگ پنگ رو ناصاف میساختند تو ضربه های محکم به توپ زدن، دیگه حریف اصلا توپ رو نمیتونست ببینه!!!

نمودار پایین رو هم برای اطلاع تخصصی تر گذاشتم که بچه های مکانیکی اگه یه وقت لازم شد حدود ضریب درگ یا ضریب مقاومت هوا رو توپ ها رو بدونن ازش کمک بگیرن. به کم بودن فوق العاده ضریب درگ توپ گلف توجه کنین(منبع: Physics World Magazine, June 1998, pp25-27):

مقوله چرخش توپ های بازی هم یک مقاله مفصل میطلبه! اینقدر که فوتبالیست ها و پینگ پنگی ها از نون شب هم براشون مهم تره. مثلا اگه توپ فوتبال رو کات دار شوت کنین هم توپ سریعتر میره و هم پیچیده تر! یعنی اگه توپ فوتبال بچرخه بیشترهم میره! خلاصه دنیای عجیبیه!

دنیای مکانیک دنیای پیچیده و جذابیه! اینقدر جذاب که یکی مثل رزناو 15 سال تو ام-آی-تی کار میکنه تا یه رابطه پیدا کنه که فقط تو محدوده تقریبی 6 درجه ای بر قراره! 15 سال برای 6 درجه سلسیوس!!!!
این رو هم بگم که کلی از مطالب بالا رو سر کلاس دکتر کیوان صادقی حدود ۴ سال پیش یاد گرفتم.