소식

Jul 27, 2023

예측 불가능한 배구의 '플로트 서브'의 비밀은 물리학에 담겨 있습니다.

Jennifer Ouellette - 2019년 11월 14일 오후 2:59 UTC 좋은 플로트 서브

Jennifer Ouellette - 2019년 11월 14일 오후 2:59 UTC

배구에서는 공의 궤적을 예측하기가 매우 어렵기 때문에 적절한 순간에 좋은 플로트 서브를 사용하면 치열한 경기를 성사시키거나 깰 수 있습니다. Applied Sciences의 최근 논문에 따르면 이러한 예측할 수 없는 궤적을 발생시키는 것은 기존 배구공의 표면 패널이며, 표면 패턴을 수정하면 보다 일관된 비행을 만들 수 있다고 합니다.

그것은 모두 중력과 공기 역학에 달려 있습니다. 움직이는 공은 공기 중을 날아갈 때 그 뒤에 흔적을 남기는 공기의 흔적을 남깁니다. 피할 수 없는 끌림으로 인해 공의 속도가 느려집니다. 다양한 스포츠 공의 궤적은 직경과 속도뿐만 아니라 표면의 작은 불규칙성에도 영향을 받습니다. 예를 들어, 골프공에는 딤플이 있는 반면, 야구공에는 8자 모양 패턴의 스티치가 있습니다. 둘 다 공 주변의 공기 흐름에 영향을 미칠 만큼 충분히 울퉁불퉁합니다.

야구공의 움직임이 야구공 주위에 공기 소용돌이를 생성한다는 것은 잘 알려져 있으며, 이는 일반적으로 마그누스 효과로 알려져 있습니다. 솟아오른 솔기는 공 주변의 공기를 휘젓고 다양한 위치에 고압 구역을 만들어 공의 궤적에 편차를 일으킬 수 있습니다. 골프공의 딤플은 공기의 난류 경계층을 생성하여 항력 흐름을 줄이는 반면, 공의 스핀은 공의 상단보다 하단에 더 높은 기압 영역을 생성하여 양력을 생성합니다.

배구공의 표면 패턴도 궤적에 영향을 줄 수 있습니다. 기존 배구공에는 6개의 패널이 있지만 최신 디자인에는 8개의 패널, 육각형 벌집 패턴 또는 딤플이 있습니다.

골프, 크리켓, 테니스, 야구, 럭비, 축구공 등 스포츠 공의 공기역학을 조사한 수많은 과거 연구가 있었습니다. 그러나 어떤 이유에서인지 배구의 물리학에 초점을 맞춘 연구가 부족했습니다. 2010년에 쓰쿠바 대학의 아사이 타케시(Takeshi Asai)와 몇몇 일본 동료들은 표면 패턴이 뚜렷하게 다른 세 가지 공 유형을 사용하여 일련의 풍동 실험을 수행하여 이 문제를 해결하기로 결정했습니다. 벌집 패턴의 최신 용융 공; 그리고 미카사의 보조개 공. 그들은 일관성을 보장하기 위해 공을 "제공"하는 로봇 장치를 사용한 다음 각 공의 항력 계수를 측정했습니다.

항력 계수는 흐르는 공기가 공 표면에 얼마나 "붙어" 있는지를 나타냅니다. 공이 더 빠르게 움직일수록 공의 "끈적" 현상이 덜해집니다. 일반적으로 느린 속도에서는 후류가 더 크고 항력이 더 높지만 공이 임계 속도 임계값에 도달하면 소위 "항력 위기"가 발생합니다. 항류가 갑자기 줄어들고 항력이 급락합니다. 기본적으로 공기 흐름이 층류(부드러운)에서 난류로 갑자기 전환되는 지점입니다. 공기 흐름이 실제로 난류가 되는 속도인 임계 속도 임계값은 배구공마다 크게 다를 수 있습니다.

2010년 연구에서는 각 공이 세 가지 다른 패널 방향으로 20번 제공되었습니다. 저자는 완벽하게 매끄러운 구체의 경우 임계 속도가 초당 약 25미터, 즉 시간당 약 56마일이라는 것을 발견했습니다. 그들이 테스트한 모든 배구공은 부드러운 구보다 임계 속도가 더 낮았습니다. 기존의 Molten 볼은 비슷한 낮은 항력을 보인 반면, 벌집 패턴의 Molten 볼은 최종 항력이 더 높았습니다. Asai와 그의 공동 저자는 이것이 벌집 패턴이 공의 표면 거칠기를 증가시키는 반면 전통적인 공의 표면 패널 방향(가로 또는 대각선 방향)이 공기가 공 중앙 주위로 흐르는 방식을 변경하기 때문일 수 있다고 제안했습니다. -비행은 궤도에 영향을 미칩니다.

이 최신 연구에서 Asai와 몇몇 동료들은 플로트 서브의 공기 역학을 연구하기 위해 네 가지 유형의 배구공(두 개는 패널, 하나는 벌집 패턴, 하나는 딤플 공)을 사용했습니다. 빠른 탑 스핀 서브나 점프 서브(둘 다 상당히 예측 가능한 비행 경로를 따릅니다)와 달리 플로트 서브에는 스핀이 없습니다. 이는 공의 궤적을 예측하기 어렵게 만듭니다. 예기치 않게 방향이 바뀌어 서버에 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다.