Transversale Zugkräfte während des Ballfluges

Abstract

The problem of a tactically well performed straight service in volleyball is under investigation. The aerodynamical forces acting on the ball and the vortex wake behind the sphere are the main subjects of the research work. These parameters determine the tactics in volleyball service, because they can “spoil” the expected trajectory of the ball and consequently disturb the defences. Two different wind tunnels in diameter 1.8 m and 3 m, respectively, with distinguished turbulence intensities were used for measuring the interval of critical Reynolds’ numbers for two volleyball balls with different roughness of the surface. The longitudinal and the transversal forces were also measured for five airflow velocities ranging from 8 m/s to 25 m/s. It was found that the transversal forces acting on the ball are two orders of magnitude smaller than the frontal drag force. It was also noticed that the position of the seams, in regard to the direction of the airflow velocity vector, is crucial for the determination of the transversal forces components. All the facts stated above give the reason for the deviation of the ball away from its expected ballistic trajectory. The periodic nature of the phenomena enabled the performance of the discrete Fourier trans- formation on the transversal forces. It turned out that the error made with the Fourier transformation when taking only the first four summands is negligible compared to the measuring error.U radu se ispituje problem taktički dobro izvedenog ravnog servisa u odbojci. Glavni su objekti istraživanja aerodinamičke sile koje djeluju na loptu i pojava vrtloženja iza lopte. Let lopte (kugle) u gravitacijskom polju dobro je poznati fenomen. Otpor zraka očekivano doprinosi narušavanju paraboličnog oblika trajektorije leta u smjeru gibanja tijela. No, otpor zraka je i razlog za tzv. neočekivane longitudinalne, ali i transverzalne otklone leta lopte od parabolične krivulje. Odbojkaš - server, koji dobro zna kako lopti dati pravi smjer i brzinu ispravnim udarcem u središte lopte, relativno će precizno znati definirati gdje će neočekivani otkloni od pravilne putanje biti najveći. Time obrambenom igraču (primatelju servisa) skraćuje vrijeme reakcije za prijem lopte koja dolazi s neočekivanim promjenama smjera. Taktički dobro izveden servis može toliko onemogućiti obranu da više nije u stanju tako serviranu loptu ni primiti ni vratiti. Autori su predložili teorijski model raspodjele brzine u vrtlogu oko, a osobito iza kugle kako bi se objasnila priroda neočekivanog otklona od idealne putanje leta lopte. Za izračunavanje koeficijenata aerodinamičnog otpora izravno iz sirovih eksperimentalnih podataka, korišten je kvadratni zakon aerodinamičnog otpora jer su Reynoldsovi brojevi bili dovoljno veliki. Ispitivanje je provedeno u dva zračna tunela promjera 1.8 i 3 metra s različitim intenzitetima turbulencije. U njima se mjerio interval kritičnih Reynoldsovih brojeva za dvije odbojkaške lopte kojih površine nisu bile jednoliko glatke. Izmjerene su također i longitudinalne i transverzalne sile za pet različitih brzina strujanja zraka (raspon brzina od 8 m/s do 25 m/s). Periodičnost fenomena omogućila je primjenu diskretne Fourierove transformacije transverzalnih sila. Pokazalo se da je greška koja se javlja primjenom Fourierove transformacije kada se u obzir uzmu samo prva četiri pribrojnika, zanemariva u usporedbi s greškom mjerenja. Dobiveno je da su transverzalne sile koje djeluju na loptu za dva reda veličine manje nego frontalne aerodinamične sile. Koeficijent frontalnog otpora ne ovisi o vremenu, ali ovisi o brzini lopte, o njenom oplošju, raspodjeli neravnina na površini kugle i o turbulencijama zračnih struja. Također je primijećeno da je položaj šavova prema vektoru brzine zračne struje presudan za određenje komponenata transverzalnih sila. Sve zajedno jest uzrok neočekivanim otklonima od očekivane balističke putanje. Osobito velike promjene sila aerodinamičnog otpora, a onda i najveći otklon od putanje, događaju se kada lopta prolazi kroz kritični režim zračnog strujanja oko lopte.Das Problem des taktisch gut ausgeführten geradlinigen Aufschlag im Volleyball wurde untersucht. Im Mittelpunkt der Untersuchung standen die auf den Ball wirkenden aerodynamischen Hräfte und der Luftwirbel hinter der Sphäre. Diese Parameter entscheiden die Taktik beim Volleyball-aufschlag, denn sie können die vorgesehene Ballflugbahn „verderben“ und folglich die Verteidigung hindern. Zwei verschiedene Windtunnels, 1,8 m und 3 m im Durchmesser, mit ausgeprägten Turbulenz-intensitäten wurden zum Messen des Intervalls der kritischen Reynoldsschen Zahl für zwei Volleyball-Bälle von unterschiedlicher Oberflächenrauheit benutzt. Longitudinale und transversale Hräfte wurden auch für fünf Fluggeschwindigkeiten im Bereich von 8 m/s bis 25 m/s gemessen. Es wurde festgestellt, dass die auf den Ball wirkenden trans- versalen Hräfte um zwei Größenordnungen kleiner als die frontale Zugkraft sind. Es wurde auch beobachtet, dass die Nahtstellen bezüglich der Richtung des Fluggeschwindikeitsvektors für die Bestimmung der Homponenten transversaler Hraft wesentlich sind. Alle angeführten Tatsachen stellen den Grund für die Abweichung des Balles von der vorgesehenen Flugbahn dar. Die periodische Natur dieser Phänomene ermöglichte, die diskrete Fouriersche Transformation an den transversalen Hräften durchzuführen. Es wurde festgestellt, dass der Fehler bei der Fourierschen Transformation, wenn nur die ersten vier Summänden in Betracht genommen sind, im Vergleich zum Messfehler unbeträchtlich ist

    Similar works