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How Dimples on a Golf Ball Affect Its Flight and Aerodynamics

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1900年代初頭の会話:

Tom: Jerry, I’m entering the golf course. 気軽に参加してください。

バスケットからできるだけスムーズなボールを選ぶべきですね。 おっと! 使われていないものが1つだけ残っています。

ジェリー。

Jerry: 意地悪だな。

golf ball dimples aerodynamics

誰もが新品のボールでプレーしたいと思っています。 これは、滑らかなボールは空気中を移動する際の抵抗が少なく、より長い距離を移動できるという考え方です。 第1ラウンド終了時:

Tom: 何が起こったんだ?

これが、ゴルフボールに凹凸(シンプル)があることの背景にある考え方です。

これが、ゴルフボールに凹凸をつける「シンプル」の発想です。

そうです、不規則な形状と完璧な組み合わせ(対称性)です。 ディンプルと流体力学

ゴルフ ボールのディンプルと、空気中を移動するボールへの影響は、流体力学を使用して記述できます。

基本的に、流体力学の流れには層流と乱流の 2 種類があります。 一般的に、現実のアプリケーションの多くは乱流性です。 これは一般に、レイノルズ数と呼ばれる係数から求めることができます。 現在のシナリオでは、ボールが滑らかな場合、層流に近い流れが生じます。 この場合、下流の流体の流れは、渦の形でボールの表面から離れます。

Flow Separation ゴルフボールのディンプル 空気力学シミュレーション

ゴルフボールのディンプルの役割は何ですか? ディンプルは人工的なタービュレーターとして機能し、ボール表面の横に乱流を発生させ、ボールの周りを回る空気の2つの層を作ります。 上の層は下の層よりも速く進む、つまり、ボールの表面に空気がまとわりつくことで乱流が発生します。 これにより抗力が減り、滑らかなボールよりも遠くまで飛ぶことができるのです。 これも「抗力」という新語です。 空気抵抗とは、固体と流体の速度差によって生じる力のことで、固体が空気中を移動する際に抵抗となります。 ディンプル(くぼみ)のあるゴルフボールは、滑らかなゴルフボールの約半分の抗力しかないと考えられます。 さて、話を戻します。抵抗が減ることで、ゴルフボールの飛行速度が速くなります。

ゴルフボールのディンプルの空気力学シミュレーション - ディンプルのあるボールとないボールの比較

抗力と同様に、「揚力」と呼ばれる別の成分があります。 揚力は、流体が固体によって回転させられることで、反対の力が生じるときに発生します。 空気を下に押し出すような形でボールが回転すれば、ボールには上向きの揚力が発生します。 注意すべき点は、この要素はボールが回転しているときにのみ作用するということです。 なぜでしょう? ボールが回転することで、ボールの下部の空気圧が上部の空気圧よりも高くなり、このアンバランスがボールに上向きの力を与えるのです。 ボールの回転は、ゴルフボールの揚力の半分を占めています。

spinning golf ball dimples aerodynamics simulation animation gif

ゴルフボールの空気力学について、もう少し詳しく説明しましょう。 ボールが移動する平面に垂直な軸の周りを回転すると、揚力が発生します。 では、他の2つの軸を中心に回転した場合はどうでしょうか? それは、世界的に有名なサッカーのロベルト・カルロスやベッカムのロケットキックです。 この効果は「マグナス効果」と呼ばれています。

ゴルフボールのディンプルの数は、通常330~500個です。 ゴルフボールは通常、左右対称性の高い方法でディンプルが付けられています。 左右対称でないとボールがぐらついたり、ボールが回転するときにどの部分が前を向いているか、横を向いているかによって飛び方が変わってきます。

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