Een gesprek in de vroege jaren 1900:
Tom: Jerry, ik ga de golfbaan op. Voel je vrij om me te vergezellen.
Ik moet een zo glad mogelijk balletje uit de basket kiezen. Oeps! Er is er nog maar één ongebruikt. Laat me de laatste gebruiken.
Jerry: Dat is zo gemeen! Ik heb geen keus.
Iedereen speelt het liefst met een gloednieuwe bal. Het idee is dat gladdere ballen minder weerstand hebben om door de lucht te reizen, en dus een langere afstand afleggen. Aan het eind van ronde 1:
Tom: Wat is er net gebeurd? In principe zou de bal die ik sloeg een langere afstand moeten hebben afgelegd, wat niet het geval is.
Dit was het idee achter het hebben van onregelmatigheden of “simples” in een golfbal. Sindsdien is hier veel onderzoek naar gedaan om de perfecte combinatie van de onregelmatigheden te ontdekken.
Ja, je leest het goed, de perfecte combinatie (symmetrie) voor de onregelmatigheid.
Golfbal Aerodynamica: Kuiltjes en vloeistofdynamica
Golfbalkuiltjes en hun invloed op de bal die door de lucht beweegt, kunnen worden beschreven met behulp van vloeistofdynamica.
In principe zijn er twee soorten vloeistofdynamische stromingen: laminaire en turbulente. In het algemeen zijn veel real-life toepassingen turbulent van aard. Dit kan in het algemeen worden afgeleid uit een factor die Reynoldsgetal wordt genoemd. In het huidige scenario, wanneer de kogel glad is, ontstaat er iets dat dicht bij een laminaire stroming ligt. In dit geval maakt de vloeistofstroom stroomafwaarts zich los van het oppervlak van de kogel in de vorm van wervelingen. Dit verschijnsel wordt “flow separation” genoemd en leidt tot een viskeus zog achter de bal dat de bal afremt.
Wat doen golfbal dimples? De kuiltjes fungeren als kunstmatige turbulatoren. Ze creëren turbulentie naast het baloppervlak en zorgen ervoor dat er twee luchtlagen om de bal heen gaan. De bovenste laag gaat sneller dan de onderste laag, d.w.z. dat de lucht zich aan het oppervlak van de bal vastklampt, waardoor turbulentie ontstaat. Dit vermindert de luchtweerstand en helpt de bal verder te reizen dan een gladde bal. Dit is weer een nieuwe term: luchtweerstand. Luchtweerstand is een krachtcomponent die ontstaat als gevolg van een verschil in snelheid tussen een vast en een vloeibaar lichaam, en die de beweging van het vaste lichaam door de lucht – in dit geval de golfbal – tegenwerkt. Een golfbal met putjes heeft waarschijnlijk maar de helft van de luchtweerstand van een gladde golfbal. Nu terug naar ons verhaal; de vermindering van de luchtweerstand zorgt ervoor dat de golfbal sneller kan vliegen door de verminderde weerstand.
Gelijk aan de luchtweerstand is er nog een component die “lift” wordt genoemd. Lift ontstaat wanneer de vloeistof wordt gedraaid door de vaste stof, waardoor een tegengestelde kracht ontstaat. Als de bal op een zodanige manier draait dat de lucht naar beneden wordt geduwd, ondervindt de bal een opwaartse liftkracht. Het is belangrijk op te merken dat deze factor alleen een rol speelt als de bal draait. Waarom? Door het draaien wordt de luchtdruk aan de onderkant van de bal hoger dan de luchtdruk aan de bovenkant, en dit gebrek aan evenwicht creëert een opwaartse kracht op de bal. Balrotatie draagt bij aan de helft van de lift van een golfbal. De andere helft van de lift wordt geleverd door de golfbal kuiltjes, waardoor de liftkracht kan worden geoptimaliseerd.
Laten we de aerodynamica van de golfbal in meer detail bespreken. Wanneer de bal rond een as draait die loodrecht staat op het vlak waarin hij beweegt, ervaren we lift. Wat als de bal rond een van de andere twee assen draait? Dat is de wereldberoemde Roberto Carlos of Beckham’s raketschop in voetbal. De bal gaat zich als een projectiel voortbewegen, en dit effect wordt het “Magnus-effect” genoemd. Een soortgelijk effect is te zien in het cricketspel wanneer een snelle bowler de bal probeert te slingeren.
Het aantal kuiltjes op de golfbal ligt meestal tussen de 330 en 500. Golfballen zijn meestal op een zeer symmetrische manier bedekt met kuiltjes. De bal zal wiebelen als hij niet symmetrisch is, of zijn vlucht zal afhangen van welk deel van de bal naar voren of naar opzij wijst als de bal ronddraait.
Veronderstel dat er kuiltjes aan slechts één kant van de bal zijn. De bal heeft de neiging naar de kant met de kuiltjes te krommen, omdat het zog wordt gegenereerd naar de kant die glad is. Als de bal in de onderstaande figuur bijvoorbeeld in dezelfde kijkrichting wordt geslagen, zal hij naar links afbuigen.
Ik hoop dat dit artikel nuttig was om de aerodynamica van golfballen en de invloed van vloeistofdynamica op sport te begrijpen. Als u zelf een simulatie wilt proberen, kunt u een gratis SimScale-account aanmaken en in slechts een paar minuten een analyse starten. Het werkt 100% in de cloud, dus er is geen hardware of installatie nodig.
SimScale’s CEO David Heiny test de mogelijkheden van het platform om een real-life engineering probleem op te lossen. Vul het formulier in en bekijk deze gratis webinar voor meer informatie!