Magnus efekt

Danas jedna tema za štrebere, sorry, ljubitelje fizike. Magnus effect tko je to, što je to, kakve to veze ima sa stolnim tenisom? Dobio je naziv po Heinrichu Gustavu Magnusu, koji je 1852. objasnio kako i zašto objekt (loptica) koja se rotira u zraku odstupa od pravilne putanje. Evo video prezentacije:

Znači, loptica koja je bačena ravno, bez rotacije, imati će relativno pravilnu putanju. Loptica koja je zarezana (backspin), tako da je reket udario lopticu sa donje strane (chop) odletjeti će dalje, a ona sa topspinom, tj. udarac reketom “preko” loptice, imati će kraći let. Efekt djeluje i kod postraničnih rotacija, tako da se putanja loptice uvija. Magnus efekt je važan za sve sportove sa loptom, a posebno za stolni tenis.

Na donjoj slici je test sa teniskom lopticom, a prikazuje visinu i dužinu leta loptice zavisno od zadanog spina, što se naziva putanja (trajectory). Ravno udarena loptica imati će dužinu od 21 m, udarena topspinom 15 m, a backspinom 36 m, a sukladno će varirati i visina loptice.

Trajectory
Kod topspina rotacija loptice je sukladna strujanju zraka i sili gravitacije, gornji dio loptice je brži od donjeg, jer je u smjeru zraka, što “tjera” lopticu dolje, tako da ubrzano pada, što igrač kompenzira snažnim udarcem sa vertikalnim ubrzanjem. Kod brzog spina (spin drive) mala promjena ugla rezultira da li će loptica pogoditi stol ili ga preletjeti. Kod rotiranog spina loptica će pasti odmah iza mrežice, te je mala vjerojatnost da će preletjeti stol. Drugi razlog za igranje spina je što će loptica, nakon udarca u stol, znatno ubrzati, a zbog trenja loptice o stol.

Magnus_Effect

Kod backspina (rezana loptica) rotacija je suprotna kretanju zraka, donji dio loptice ima veću brzinu od gornjeg, te je strujanje koje se oko nje stvara “diže” prema gore, do trenutka kada izgubi brzinu i rotaciju, pa zbog sile gravitacije naglo pada. Backspin je sporiji udarac, te će zbog toga i Magnus efekt biti manji, što igrači kompenziraju kraćim, bržim udarcem. Rezana loptica koja je pod utjecajem Magnus efekta letjeti će ravnije od one udarene ravnim (flah) udarcem, jer na nju manje djeluje otpor zraka i sila teža. Nakon udarca u stol loptica odigrana sa backspinom će znatno izgubiti brzinu i dužinu, “stati” u zraku i “propasti”.

Magnus_Effect_Backspin

Profesionalni igrači koriste Magnus efekt kod sidespin servisa (sa postraničnom rotacijom), kada se loptica okreće oko vertikalne osi, pri čemu servis isovremeno može sadržavati i topspin/backspin rotaciju, kao i corkscrew rotaciju. Tipični brzi servis ima brzinu od 6.7 m/s do 10.7 m/s. Ravno udareni udarac brzine od 7.2 m/s jedva će  pogoditi protivnički dio stola, dok će loptica servirana sa spinom brzine 10.7 m/s pogoditi obe strane stola.

Magnus efekt je okomit na brzinu loptice, pri čemu stvara spiralnu putanju poznatu iz magnetizma. Stolni tenis je brzi sport u kojem su zastupljeni zakoni aerodinamike. Igrač pokušava iznenaditi protivnika vraćanjem loptice na za njega nepredvidiv način. Iskusan igrač rijetko će izvesti udarac bez znatne količina spina (rotacije). Magnus efekt je posebno očigledan kod servisa, pri čemu igrač može izvesti brzi servis koji za 20% odstupa od izvorne putanje, a moguće je izvesti i spori servis, koji zastane odmah iza mreže.

Za prave ljubitelje fizike i stolnog tenisa ima toga još i ovje The physics of table tennis.pdf.

A, što je Coandă Effect (Bernoulli princip)? Ovo: