فیزیک توپ گلف

یکی از چیزهایی که در ورزش توپ گلف بسیار قابل مشاهده است تفاوت توپ آن با سایر توپ ها است. همان طور که که از شکل این توپ پیداست، توپ گلف دارای فرو رفتگی‌هایی در سطح آن است که این قضیه در اصل باعث سرعت توپ می‌شود. این توپ برد بالایی دارد و در زمین های بزرگ استفاده می‌شود. حال با هم می‌رویم تا فیزیک مربوط به سوراخ های این توپ را بررسی کنیم.

پس در حالت کلی، این مسئله به کاربرد آنها مربوط می شود. مثلا توپ پینگ پنگ روی میز سه متری مورد استفاده قرار می گیرد درحالی که توپ گلف در زمین های بزرگ استفاده می‌شود. توپ پینگ پنگ اگر همچون توپ گلف سرعت زیادی داشته باشد، افراد فرصت کافی نخواهند داشت تا به توپ ضربه بزنند. پس توپ باید طوری ساخته شود که سرعت زیادی نگیرد. بالعکس، در بازی تنیس یا گلف، ما احتیاج به توپی داریم که سرعت زیادی داشته باشد تا مسافت بیش‌تری  را طی کند. به همین دلیل سطح توپ گلف دارای حفره و سطح توپ تنیس پرزدار ساخته می شود.  درحالیکه سطح توپ پینگ پنگ صاف است. افزایش ناصافی سطح،  راه حل عجیب، اما کارآمد برای افزایش سرعت توپ است. هرچند وزن توپ تاثیر مهمی دارد.
مادر زمستان برای سر نخوردن روی یخ، از کفش هایی استفاده می کنیم که آجدارهستند تا با زمین اصطکاک زیادی ایجاد کنند؛ یابرای افزایش قدرت ترمز گیری ماشین از دیسک‌های ترمز با اصطکاک بیش‌تر استفاده می شود. این مطلب، این ذهنیت را در ذهن ما ایجاد می کند که زبرشدن سطح توپ، باعث کاهش سرعت توپ خواهد شد؛ امادر واقعیت، زبرکردن سطح توپ نه تنها باعث کاهش سرعت توپ نمی‌شود، بلکه باعث افزایش سرعت نیز خواهد شد.

با این شرایط، حفره دار کردن سطح توپ گلف، مگر باعث افزایش اصطکاک توپ با هوا و در نتیجه اتلاف انرژی توپ نمی شود؟ پس قضیه چیست؟
این مطلب صحیح است، اما در اجسامی مانند توپ که سطح زیادی در مقابل جریان هوا دارند، پدیده‌ای رخ می دهد که بیشتر اتلاف انرژی توپ به خاطر آن صورت می‌گیرد نه اصطکاک هوا. این پدیده “جدایش” نام دارد. جدایش یعنی جداشدن جریان هوا از سطح توپ. این پدیده باعث متلاطم شدن جریان هوا در پشت توپ می شود و متلاطم شدن جریان هوا،  باعث به هدر رفتن انرژی توپ می شود که کاهش انرژی هم به معنای کاهش سرعت توپ خواهدبود.

همان طور که درشکل مشخص است، توپ در حال حرکت هوا  را می شکافد. وقتی سطح توپ صاف باشد، پدیده جدایش زودتر اتفاق می‌افتد و باعث می شود دنباله بزرگتری از هوا تشکیل شود که این دنباله باعث اتلاف انرژی توپ می شود. درحالی که در توپ زبر جدایش دیرتر اتفاق می افتد و باعث تشکیل دنباله کوچکتری می‌شود که کمتر از سرعت توپ می کاهد. (اصطکاک هوا را می‌چرخاند تا پدیده Wake کمتر اتفاق بیفتد.) این دنباله برای حرکت بسیار مضراست، مخصوصا با افزایش سرعت، اثرات این دنباله در کاهش سرعت محسوس تر میشود. به همین دلیل درطراحی وسایل پرسرعت، شکل ظاهری را طوری می سازند که از لحاظ آیرودینامیکی شکل کشیده‌ای داشته باشد تا خطوط جریان هوا را زیاد به هم نزنند و باعث تشکیل دنباله هوا نشوند.

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *