Hurtige serveringer giver ikke mening - medmindre du tager fysik i betragtning

Serven er uden tvivl den vigtigste komponent i det moderne tennisspil – og jo hurtigere, des bedre.

Men når opdelt i meget forenklede videnskabelige overvejelser, de hastigheder, vi rutinemæssigt ser topspillere nå, når de leverer en serv, er teoretisk umulige.

Så hvordan gør de det? Svaret involverer Isaac Newton, ping pong og en lille smule "snyd" (fra et fysik synspunkt).

At servere hurtigt virker umuligt

En bold, der rammes hurtigt og lige, kan ikke klare nettet og stadig lande i servicepladsen, medmindre bolden er slået fra mindst 2,6 meter over jorden. Ifølge denne ligning, der er simpelthen ikke tid nok til, at tyngdekraften kan trække en højhastighedsbold ned inde på servicepladsen.

Selv hvis en spiller og deres ketcher tilsammen kunne nå op på næsten tre meter, fejlmarginen ville kun være 13 centimeter. Og det er kun, hvis du kan tjene over den laveste del af nettet.

Så medmindre du er langt over seks fod høj (183 cm), at servere superhurtigt er umuligt – set ud fra et fysisk synspunkt. Alligevel ser vi jævnligt selv de korteste spillere tjene over 180 km i timen med stor nøjagtighed.

Så hvordan gøres det?

Svaret er selvfølgelig, at spillerne giver topspin på bolden.

Dette fænomen blev observeret og i det mindste delvist beskrevet i 1672 af Isaac Newton (efter at have set banetennis) - men en mere velkendt beskrivelse af top-spin er knyttet til den tyske fysiker HG Magnus, der observerede det i ping pong.

Hvis ketcheren børstes over toppen af ​​bolden under serven, bolden vil snurre fremad, mens den bevæger sig. Luften omkring bolden begynder også at snurre med den.

Fysikere kalder denne luft "grænselaget", og det dannes omkring alle bevægelige genstande, mens de rejser (du vil føle dette som et vindsus, når en bil, lastbil eller tog suser forbi). Mens bolden skubber ind i den modkørende luft, luften, der bevæger sig over toppen af ​​bolden, kolliderer med den modkørende luft. Den luft bremses og afbøjes opad væk fra bolden.

Luften, der rejser under bolden, møder den modkørende luft, der rejser i samme retning og trækkes bagom bolden og derefter også opad.

Ifølge Newtons tredje lov, hver handling har en lige og modsat reaktion. Så hvis luft trækkes opad bag bolden, så skal bolden bevæge sig nedad som svar.

En fantastisk demonstration af denne effekt kan ses i denne video:

Spillere bruger ofte topspin-taktikken med stor effekt under den anden serv. På trods af risikoen for ikke at rydde nettet, en spiller på øverste niveau serverer normalt med en høj ketcherhovedhastighed, for at give dem mulighed for at sætte endnu mere topspin på bolden.

Med mindre af ketcherens hastighed bliver brugt til at give bolden fremadgående hastighed og mere på tværs af bolden for at skabe spin, bolden vil helt sikkert rejse langsommere end i en første serve.

Men det større topspin giver en større margin for fejl, da bolden nemt rydder nettet, men stadig falder hurtigt for at lande et godt stykke inde i servicefeltet.

Ud over brute force

Selvfølgelig, muskelkraft har også en rolle at spille i at levere en serv med varme - men måske ikke så meget, som du måske tror.

Vores muskler er fantastiske motorer og producerer de utrolige kræfter, vi har brug for til at løfte tunge genstande, gå op i bjerge og klatre i træer.

Men det har længe været kendt, og demonstreret eksperimentelt for 80 år siden, at musklerne ikke kan producere meget kraft, når de forkortes meget hurtigt. Det er teoretisk umuligt at tjene ved høje hastigheder alene ved at stole på muskelkraft. At gøre dette, vi mennesker må snyde lidt.

Du har måske bemærket, at de bedste tennisspillere "kaster" deres ketcher efter bolden, når de serverer, som du kan se i denne video:

Denne kast-lignende bevægelse kræver, at spillerens krop bevæger sig før deres arm, overarmen til at bevæge sig før underarmen, underarmen til at bevæge sig før hånden, og hånden til at bevæge sig før fingrene.

Håndleddet klikker fremad. Ketsjeren bevæger sig hurtigst, når benene allerede er strakt ud, og overarmen er holdt op med at bevæge sig fremad.

Når vi bruger dette kaste-lignende mønster, meget af den energi, der genereres af ben- og skuldermusklerne tidligt i bevægelsen, overføres til underarmen, så hånd.

Dette skyldes, at underarmen og hånden stadig bevæger sig i slutningen af ​​serven, og meget af den energi, der var placeret i kroppen, flytter sig til dem under serveringshandlingen. Hånden er meget mindre end hele kroppen, eller hele armen. Men den har en masse energi, så det bevæger sig utrolig hurtigt.

Tidsforskellen mellem bevægelser af under- og overkroppen tillader også elastiske væv, som sener, at lagre energi. Disse væv trækker hurtigt tilbage senere i serven, når armen klikker fremad, frigivelse af den lagrede energi med hastigheder meget hurtigere end muskler kan trække sig sammen.

Det er denne kast-lignende bevægelse – snarere end brute force – der får hånden og ketcheren til at bevæge sig med hastigheder meget højere end vores muskler overhovedet kunne tillade.

Så for at tjene på dit bedste, du skal kaste din ketsjer på en måde, der projicerer bolden med høj hastighed – men tilføj noget spin. Det er simpel fysik.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.