Věda na greenu
9. 5. 2009
Nechcete si zahrát golf? Tato tradiční skotská hra uchvátila celý svět a stala se mezinárodním potěšením – příjemná procházka doprovázená požitkem z odpálení míčku do jamky. Ale jaké fyzikální zákony ovlivní ten správný švih? A jaké chemické zákony pomáhají vytvořit golfový míček? A máme dost vody, abychom udrželi golfová hřiště zelená? Přidejte se k Michaelovi a sehrajte jedno kolo golfu, které potěší vaše vědecké srdce.
Michael: Hezké české počasí. Ideální pro klasický britsky sport – golf!
Filip: Golf je u nás stále populárnější.
Michael: And the growth in domestic and touristic demands has led to a boom in the construction of golf course all over the Czech Republic.
A rostoucí požadavky domácích i turistů přinesly výstavbu golfových hřišť v celé České republice.
Filip: Možná i vy doma si právě teď vybíráte svůj golfový klub a učíte se golfový švih. A užíváte si krásného slunečného dne s osmnácti jamkami. Ale podívejme na golf vědeckýma očima.
Michael: Golf je založen na koordinaci pohybu a mozku.
Thousands of subtle muscle movements are involved in a golf swing that is over a less than a second and a collision that is completed in just 500 millionths of a second.
Do golfového švihu, který trvá méně než sekundu, a do odpalu, který proběhne během pouhých pěti set miliontin sekundy, se zapojují tisíce nepatrných pohybů svalů.
Filip: Centrum mozku, odpovědné za motorickou paměť, si musí přesně zapamatovat sled a načasování svalových pohybů.
Výkon, což je – jak známo – síla krát rychlost (P=F.v), tedy výkon, vyvolaný při golfovém švihu, je úkolem pro celé tělo.
Filip:Dolní část Michaelova těla poskytuje lineární moment, zatímco otáčení jeho ramen a paží vytváří moment točivý. Nejlepší lineární moment a předání energie Michaelova těla míčku vychází se správného vyrovnání obou momentů.
Tereza:Hráči golfu, kteří na rozdíl od našich chlapců mají dobře načasované předání energie a momentu hybnosti, dosahují při úderu nejvyšší rychlosti hlavy své hole a jejich míčky letí nejdál.
Michael: A good shot can result in a golf ball leaving the club head at a velocity of speeding train – that´s 150 kilometres an hour. But the big hitters can achieve amazing 250 kilometres an hour.
Při dobré ráně může míček opouštět hlavu hole rychlostí expresu – to je 150 km/h. Ale skutečně dobří střelci dosahují úžasných 250 km/h.
Tereza: Míček se po nárazu hole nejprve zdeformuje, pak zase vyrovná a začne se otáčet až šedesátkrát za sekundu.
Filip: Není to o mnoho více než otáčky motoru běžného malého auta. Míček uletí svou dvousetmetrovou trať asi za dvě až tři sekundy. A během každé otáčky uletí jeden metr.
Michael: A spinning golf ball is a good thing because the rapid rotation generates aerodynamic lift, that causes it to travel higher and farther than if it was to have no spin at all. A spinning ball is also less influenced by small gusts of wind, making for a more predictable shot.
Rotující míček je náramná věc, protože rychlá rotace vytváří aerodynamický vztlak. To způsobuje, že míček letí výše a dále, než kdyby se vůbec netočil. Rotující míček také méně ovlivňují malé poryvy větru, a tak se dráha střely dá lépe předpovědět.
Tereza: Díky rotaci má horní strana míčku vyšší rychlost než míček samotný, zatímco jeho spodní strana je pomalejší. Z Bernoulliho rovnice vyplývá, že s rostoucí rychlostí klesá tlak. Proto na horní straně míčku vzniká podtlak ve srovnání s jeho spodní stranou. Tento rozdíl v tlacích způsobuje, že se míček zvedá.
Filip: Drážky na přední straně golfové hole mají dva účely. Ten první: míček se na nich při odpalu zachytí a díky tomu dostane rychlejší rotaci.
Michael: Secondly, if grass is trapped between the ball and the club face at impact, then the water in the grass is squeezed out by a force of up to a thousand kilograms generated by the average swing.
Ten druhý: jestliže se mezi míček a hlavu při odpalu dostane tráva, pak vodu z trávy vymačká síla až tisíc kilogramů, vznikající při průměrném švihu.
Filip: Drážky v hlavě golfové hole umožňují, aby voda měla kudy odtékat. Stejně jako vzorek na pneumatice, který odvádí vodu z mokré vozovky a zabraňuje tak, aby vozidlo dostalo smyk. Náš míček tak díky těmto drážkám neprokluzuje a opouští hlavu golfové hole roztočený.
Michael: A co samotný míček?
Tereza:Stovky maličkých důlků na povrchu míčku vytvářejí mikroturbulence, a tak prodlužují dráhu jeho letu. Stejný princip dává vyšší rychlost prknům surfařů a ponorkám.
Filip: A jak vypadá takový golfový míček uvnitř? Většinou má dvě vrstvy. Pod bílým plastovým obalem se skrývá 250 metrů dlouhá tenká gumová nit, která je namotaná do hutného klubíčka. Profesionální míčky mají ještě třetí vrstvu a tou je jádro z titanové směsi.
Filip: Energie, která je v tomto gumovém jádru naakumulovaná, by dokázala zvednout sedmdesát kilogramů těžkého člověka do výšky až šedesát centimetrů.
Filip: Po úderu gumové vlákno působí na vnitřní jádro silou, která se rovná hmotnosti velkého auta, tedy asi tři tisíce kilogramů.
Filip: To je dobrý, Michaele. Stačí, aby Michael přehodil míček přes vodu a má to.
Michael: A zas do vody. Už ho nikdy neuvidím. Totiž tam je sladká voda.
Filip: Je skutečně tak velký rozdíl, když golfový míček spadne do slané nebo sladké vody? Zatímco Michael trénuje na golfovém hřišti, my si tuto otázku pokusíme zodpovědět experimentálně. Stačí nám k tomu obyčejná voda, dvě skleničky a golfový míček. Co se stane, když ponoříme míček do vody? Klesne ke dnu.
A teď se dívejte. Začneme jednu vodu solit. Musíme pořádně rozmíchat. Zkusíme opět míček ponořit. Míček klesl ke dnu. Musíme solit dál. Zkusíme rovnou dvě lžičky. Míček plave.
Abyste mi věřili, že to není žádný podfuk, tak tentýž míček ponoříme do sladké vody. Klesl ke dnu. Zpátky do slané vody. Plave.
Tereza:Kdyby Michael hrál golf na břehu moře jako kdysi Skotové, kteří tuto hru dali světu, svůj míček by prostě z vody snadno získal zpět.
Filip: Když jsem byl mladý, byl golfový míček obyčejný kožený váček. Plnil se husím peřím, které by se klidně vešlo do této buřinky. Peří se do váčku dávalo mokré, protože nabylo na objemu, zatímco mokrý kožený váček se smrskl. A vznikl tak tvrdý golfový míček.
Tereza:Fyzika a chemie kolem tradiční skotské hry golf toho skrývá ještě víc. Ale o tom zas někdy příště.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough