Команда французских ученых предложила новое объяснение легендарным «наклболам» (англ. knuckleball) — бейсбольным подачам, в которых мяч летит по хаотичной зигзагообразной траектории (похожие явления есть и в футболе и волейболе). По результатам численных расчетов и экспериментов на настоящих мячах оказалось, что за случайную траекторию, вероятно, отвечают колебания в подъемной силе, которые возникают при строго определенном соотношении массы, размера и скорости мяча. Исследование опубликовано в New Journal of Physics
Авторы собрали специальную «пинающую машину» (англ. kicking machine), которая подавала легкий мяч для пляжного волейбола. Его полет снимали на две скоростные камеры, а затем строили траекторию мяча в различных плоскостях. Оказалось, что при одних и тех же параметрах подачи каждый раз возникала новая траектория, однако во всех случаях мяч летел зигзагообразно, виляя из стороны в сторону.
для объяснения данных эксперимента, а также аналогичных явлений в спортивных состязаниях, авторы численно решили уравнения движения сферы, движущейся в воздухе без вращения и с определенной скоростью. Исследователи учли, что наклболы описаны только для нескольких определенных видов спорта. Используя данные о разных мячах, авторы показали, что наклболы встречаются только в тех состязаниях, где число Рейнольдса (оно показывает соотношение между инерционными и вязкими силами в воздухе) составляет около 3×105. Опираясь на этот факт, ученые теоретически показали, откуда появляется случайная сила, заставляющая мяч вилять.
Согласно новой версии, необычные подачи объясняются подъемной силой, которая меняется случайным образом, когда поток воздуха вокруг мяча оказывается на грани турбулентности. В этом случае даже для абсолютно гладкого мяча будут возникать волнистые траектории, причем разные для каждой новой подачи. Авторы отмечают, что до них в качестве объяснения наклболов приводили наличие швов на бейсбольном мяче, создающих асимметрию в полете. Однако зигзагообразные подачи наблюдались и для гладких мячей. Интересно, что новые данные помогли ответить на вопрос, почему Исааку Ньютону не удалось доказать вращение Земли в экспериментах со свободным падением тел. Оказалось, что возникающее в них зигзагообразное движение должно было быть сильнее, чем эффект от земного вращения.
Сам термин «наклбол» появился благодаря легендарному питчеру Эдди «Knuckles» Чикотте, который славился своим броском, при котором мяч почти не вращался, но вилял из стороны в сторону. Чикотте при броске держал мяч костяшками (по-английски knuckles), откуда и получил свое прозвище, а также дал название броску. В волейболе известна аналогичная «планирующая» подача, во время которой мяч также вибрирует из стороны в сторону. Важно, что независимо от вида спорта для возникновения зигзагообразной траектории необходимо, чтобы мяч не был закручен. В противном случае из-за вращения возникнет сила Магнуса, которая подавит более слабый эффект наклбола.