Ein Gespräch in den frühen 1900er Jahren:
Tom: Jerry, ich betrete jetzt den Golfplatz. Fühlen Sie sich frei, mich zu begleiten.
Ich sollte einen möglichst glatten Ball aus dem Korb wählen. Ups! Es ist nur noch ein unbenutzter übrig. Lass mich den letzten benutzen.
Jerry: Das ist so gemein! Ich habe keine Wahl.
Jeder zieht es vor, mit einem brandneuen Ball zu spielen. Die Vorstellung ist, dass glattere Bälle weniger Widerstand in der Luft haben und daher eine längere Strecke zurücklegen. Am Ende von Runde 1:
Tom: Was ist gerade passiert? Im Prinzip hätte der von mir geschlagene Ball eine längere Strecke zurücklegen müssen, was aber nicht der Fall ist.
Das war die Idee hinter den Unregelmäßigkeiten oder „Simples“ in einem Golfball. Seitdem wurde viel geforscht, um die perfekte Kombination der Unregelmäßigkeiten zu finden.
Ja, Sie haben richtig gelesen, die perfekte Kombination (Symmetrie) für die Unregelmäßigkeit.
Golfball Aerodynamik: Dimples und Fluiddynamik
Golfball-Dimples und ihre Auswirkungen auf den durch die Luft fliegenden Ball können mit Hilfe der Fluiddynamik beschrieben werden.
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von fluiddynamischen Strömungen: laminar und turbulent. Im Allgemeinen sind viele Anwendungen im realen Leben turbulenter Natur. Dies lässt sich im Allgemeinen durch einen Faktor namens Reynolds-Zahl feststellen. Im aktuellen Szenario, wenn die Kugel glatt ist, ergibt sich etwas, das einer laminaren Strömung nahe kommt. In diesem Fall löst sich die Flüssigkeitsströmung stromabwärts von der Oberfläche der Kugel in Form von Wirbeln ab. Dieses Phänomen wird als Strömungsablösung bezeichnet und führt zu einem viskosen Nachlauf hinter dem Ball, der ihn abbremst.
Was bewirken Golfball-Dimples? Die Dimples wirken wie künstliche Turbulatoren, die neben der Balloberfläche Turbulenzen erzeugen und zwei Luftschichten um den Ball herum erzeugen. Die obere Schicht bewegt sich schneller als die untere Schicht, d.h. die Luft haftet an der Balloberfläche, was Turbulenzen erzeugt. Dies reduziert den Luftwiderstand und hilft dem Ball, weiter zu fliegen als ein glatter Ball. Dies ist ein weiterer neuer Begriff: Luftwiderstand. Der Luftwiderstand ist eine Kraftkomponente, die durch einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen einem festen und einem flüssigen Körper entsteht und sich der Bewegung des festen Körpers durch die Luft – in diesem Fall des Golfballs – entgegensetzt. Ein geriffelter Golfball hat wahrscheinlich nur etwa die Hälfte des Luftwiderstands eines glatten Balls. Nun zurück zu unserer Geschichte; die Verringerung des Luftwiderstandes ermöglicht einen schnelleren Flug des Golfballs aufgrund des geringeren Widerstandes.
Gleich dem Luftwiderstand gibt es eine weitere Komponente, die „Auftrieb“ genannt wird. Der Auftrieb entsteht, wenn die Flüssigkeit durch den Festkörper gedreht wird, was eine entgegengesetzte Kraft erzeugt. Wenn sich der Ball so dreht, dass die Luft nach unten gedrückt wird, dann erfährt der Ball eine Auftriebskraft. Wichtig ist, dass dieser Faktor nur dann zum Tragen kommt, wenn sich der Ball dreht. Warum? Durch die Drehung ist der Luftdruck an der Unterseite des Balls höher als der Luftdruck an der Oberseite, und dieses Ungleichgewicht erzeugt eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Ball. Die Balldrehung trägt zur Hälfte des Auftriebs eines Golfballs bei. Die andere Hälfte des Auftriebs wird von den Dimples des Golfballs geliefert, was eine Optimierung der Auftriebskraft ermöglicht.
Lassen Sie uns die Aerodynamik des Golfballs genauer betrachten. Wenn sich der Ball um eine Achse dreht, die senkrecht zu der Ebene steht, in der er sich bewegt, erfahren wir Auftrieb. Was aber, wenn sich der Ball um eine der beiden anderen Achsen dreht? Das ist der weltberühmte Roberto Carlos oder Beckhams Raketenstoß im Fußball. Der Ball wird zu einem Projektil, und dieser Effekt wird „Magnus-Effekt“ genannt. Ein ähnlicher Effekt ist beim Cricket zu beobachten, wenn ein Fast Bowler versucht, den Ball zu schwingen.
Die Anzahl der Dimples auf dem Golfball liegt normalerweise zwischen 330 und 500. Golfbälle sind meist sehr symmetrisch mit Dimples versehen. Wenn der Ball nicht symmetrisch ist, wackelt er, oder sein Flug hängt davon ab, welcher Teil des Balls nach vorne oder zur Seite zeigt, wenn der Ball sich dreht.
Angenommen, es gibt nur auf einer Seite des Balles Dimples. Der Ball neigt dazu, sich zu der Seite mit den Grübchen hin zu krümmen, da die Nachlaufströmung zu der Seite hin erzeugt wird, die glatt ist. Wenn der in der folgenden Abbildung gezeigte Ball beispielsweise in der gleichen Blickrichtung geschlagen wird, bewegt er sich nach links.
Ich hoffe, dieser Artikel war hilfreich, um die Aerodynamik des Golfballs und die Auswirkungen der Strömungsmechanik im Sport zu verstehen. Wenn Sie selbst eine Simulation ausprobieren möchten, können Sie einen kostenlosen SimScale-Account erstellen und in wenigen Minuten eine Analyse starten. Es funktioniert zu 100% in der Cloud, so dass keine Hardware oder Installation benötigt wird.
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