¿Qué hace girar una pelota de tenis mientras viaja por el aire?
La causa es la mecánica del golpe: un movimiento angular hacia arriba de la raqueta para el giro superior (el golpe de derecha de Nadal es una versión extrema de esto), y un movimiento angular hacia abajo para el retroceso (el corte de revés de Federer es una versión extrema de esto).
Si está preguntando qué sucede después, refiriéndose al repentino declive de una pelota que gira más, la respuesta más completa radica probablemente en el mejor blog sobre física del tenis, y con eso me refiero al único que he leído: muchos de partes interesantes sobre la velocidad de la cancha y los coeficientes de arrastre en sus otras páginas.
Con mayor frecuencia en el tenis moderno, las pelotas se golpean con un giro superior, lo que hace que se curven hacia abajo, lo que les permite golpear con más espacio libre y aún aterrizar en juego. Las bolas también pueden curvarse hacia los lados debido al giro lateral, lo que se ve con mayor frecuencia con los servicios de corte y los servicios de patada, pero no importa cuál sea la dirección de la fuerza, los aerodinámicos aún lo llaman la fuerza de elevación. Para ver qué causa esta fuerza y por qué funciona en la dirección en que lo hace, veamos cómo fluye el aire alrededor de una bola que gira. En este diagrama, basado en fotografías tomadas en un túnel de viento donde se inyectaron corrientes de humo en el aire, las áreas azules representan capas de aire que se mueven alrededor de la pelota:
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A medida que el aire pasa por la parte más ancha de la pelota, se precipita para llenar el hoyo golpeado por el movimiento de la pelota. La parte posterior de una esfera es lo suficientemente roma como para que si se mueve a cualquier velocidad, el aire no tenga tiempo para llenar el espacio sin problemas, con sus capas intactas. En cambio, su flujo se vuelve turbulento , cayendo caóticamente como agua batida a raíz de una lancha rápida, y deja un área de baja presión detrás de la pelota. La diferencia de presión entre los lados delantero y trasero de la pelota es el principal contribuyente a la fuerza de arrastre.
Si la pelota gira, el aire se mueve más rápido en relación con la superficie de la pelota en el lado que gira en el flujo de aire. Esto hace que el flujo de aire se vuelva turbulento antes en ese lado, desplazando la estela de baja presión también hacia ese lado. En el otro lado de la pelota, el flujo de aire se mantiene suave por más tiempo, lo que le permite seguir parte de la curva en la superficie posterior de la pelota. En el caso del giro superior que se muestra en el diagrama, el efecto neto es desviar el aire hacia arriba a medida que fluye alrededor de la pelota, y la fuerza de reacción empuja la pelota hacia abajo.
Este fenómeno se llama el efecto Magnus, y también es responsable de las bolas curvas en el béisbol y los campos de swing en el cricket (aunque en algunos deportes, se desencadena más por la colocación cuidadosa de las costuras u otros elementos de textura en la superficie de la pelota que por el giro). La pelusa en una pelota de tenis fortalece el efecto Magnus, ayudando a romper el flujo de aire suave de los lados de la pelota.
Al crear más turbulencia, la pelusa también hace que las pelotas de tenis experimenten más resistencia (coeficientes de resistencia más altos) que las más suaves. Por otro lado, al crear una zona turbulenta relativamente gruesa alrededor de la pelota en un amplio rango de velocidades, la pelusa también hace que el coeficiente de arrastre de una pelota de tenis varíe mucho menos con los cambios de velocidad, en comparación con las pelotas en otros deportes. Esto hace que la trayectoria de vuelo de una pelota de tenis sea más fácil de anticipar para los jugadores. (Curiosamente, los hoyuelos en la superficie de una pelota de golf tienen el efecto contrario: crean una capa límite delgada y turbulenta, que ayuda a atraer la mayor parte del flujo de aire suavemente hacia la estela de la pelota y reduce drásticamente el coeficiente de arrastre a velocidades más altas. )
Enlace: ¿ Húmedo o pesado ?: ¿Cómo afecta realmente el aire al tenis?