Snabba serveringar är inte meningsfulla - såvida inte du faktor i fysiken

Anonim

Servicen är förmodligen den viktigaste delen av det moderna tennisspelet - och ju snabbare desto bättre.

Men när de bromsas till mycket enkla vetenskapliga överväganden är de hastigheter vi rutinmässigt ser att de bästa spelarna når när de levererar en tjänst, teoretiskt omöjliga.

Så hur gör de det? Svaret innebär Isaac Newton, ping pong och lite "fusk" (ur fysikens synvinkel).


Läs mer: Ta ett grepp: vridningen i handleden som kan förstöra tennisbanor


Betjäna snabbt verkar omöjligt

En boll träffas snabbt och rak kan inte rensa nätet och landa fortfarande på tjänstefältet om inte bollen slås från minst 2, 6 meter över marken. Enligt denna ekvation finns det helt enkelt inte tillräckligt med tid för tyngdkraften att dra en höghastighetsboll ner inuti tjänsteutrymmet.

Även om en spelare och deras racket kombineras kan nå upp till nästan tre meter, är felmarginalen bara 13 centimeter. Och det är bara om du kan tjäna över den lägsta delen av nätet.

Så om du inte är långt över sex meter lång (183 cm), serveras super snabb är omöjligt - ur fysik synvinkel. Ändå ser vi regelbundet även de kortaste spelarna som serverar över 180 km per timme med stor noggrannhet.

Så hur är det gjort?

Svaret är givetvis att spelarna ger toppspinn på bollen.

Detta fenomen observerades och åtminstone delvis beskrivet år 1672 av Isaac Newton (efter att ha tittat på tennisbanan) - men en mer känd beskrivning av toppspinnningen är kopplad till tysk fysiker HG Magnus, som observerade det i pingisong.

Om racketen borstar över toppen av bollen under serveringen kommer bollen att spola framåt när den färdas. Luften som omger bollen börjar också snurra med den.

Fysiker kallar den här gränsen "gränsskiktet" och det bildar sig runt alla rörliga föremål när de reser (du kommer att känna det som en vindstopp när en bil, lastbil eller tåg rusar förbi). När bollen skjuter in i den kommande luften, kolliderar den luft som reser sig över toppen av bollen med den kommande luften. Den luften saktas och böjs uppåt från bollen.

Luften som reser under bollen möter kommande luft som reser i samma riktning och dras bakom bollen och sedan också uppåt.

Enligt Newtons tredje lag har varje åtgärd en lika och motsatt reaktion. Så om luft sugs upp bakom bollen, måste bollen röra sig nedåt som svar.

En bra demonstration av denna effekt kan ses i den här videon:

Spelare använder ofta toppspin taktiken till stor effekt under den andra tjänsten. Trots risken för att inte rensa nätet tjänar en toppnivå spelare vanligen med en hög rackethuvudhastighet, så att de kan lägga ännu mer toppspinn på bollen.

Med mindre av rackethastigheten som används för att ge bollen framåt och mer går över bollen för att skapa spin, kommer bollen säkert att resa långsammare än i en första servering.

Men den högre toppspinnet möjliggör en större felmarginal eftersom bollen enkelt rensar nätet men ändå sjunker snabbt för att landa väl inuti tjänsteutrymmet.


Läs mer: Du kommer aldrig se en annan tonårstennismästare - här är varför


Utan brutal kraft

Självklart har muskelkraft också en roll för att leverera en servering med värme - men kanske inte så mycket som du kanske tror.

Våra muskler är fantastiska motorer och producerar de otroliga krafter vi behöver för att lyfta tunga föremål, gå upp i berg och klättra i träd.

Men det har länge varit känt och visat experimentellt för 80 år sedan, att musklerna inte kan producera mycket kraft när de förkortas mycket snabbt. Det är teoretiskt omöjligt att tjäna vid höga hastigheter genom att förlita sig på muskelkraft ensam. För att göra detta måste vi fuska lite.

Du kanske har märkt att de bästa tennisspelarna "kasta" sin racket på bollen när de tjänar, vilket du kan se i den här videon:

Den här kasta-liknande rörelsen kräver att spelarens kropp ska röra sig före armen, överarmen ska röra sig före underarmen, underarmen för att röra sig före handen och handen att röra sig före fingrarna.

Handleden snäpper framåt. Raketten rör sig snabbast när benen redan har förlängt och överarmen har slutat gå framåt.

När vi använder det här kasta-liknande mönstret, övergår mycket av den energi som genereras av benen och axelmusklerna tidigt i rörelsen till underarmen, sedan hand.

Detta beror på att underarm och hand fortfarande rör sig i slutet av tjänsten och mycket av energin som befanns i kroppen flyttar till dem under betjäningen. Handen är mycket mindre än hela kroppen eller hela armen. Men det har mycket energi, så det rör sig otroligt snabbt.


Läs mer: Den fruktansvärda tolltennisen kan ta över spelare som spelar för mycket


Tidsskillnaden mellan rörelserna av under- och överkroppen tillåter också att elastiska vävnader, som senor, lagrar energi. Dessa vävnader recoil snabbt senare i tjänsten när armen snäpper framåt, vilket frigör den lagrade energin med hastigheter mycket snabbare än musklerna kan komma i kontakt med.

Det är denna kasta-liknande rörelse - snarare än brutal kraft - som gör att handen och racketen rör sig i hastigheter mycket högre än våra muskler kan möjligen tillåta.

För att tjäna så gott som möjligt måste du kasta din racket på ett sätt som böjer bollen med hög hastighet - men lägg till lite snurrning. Det är enkelt fysik.


Denna artikel har uppdaterats på författarens begäran för att ta bort ordet "fusk" från titeln. I det här sammanhanget hänvisade "fusk" till en lösning, inte bryta spelets regler.