Waarom hebben golfballetjes kuiltjes? - Ik heb een vraag (2021)
Waarom hebben golfballetjes kuiltjes?
axel, 9 jaar
Waarom hebben golfballen kleine ronde putjes over zich heen?
Er zijn boeken vol geschreven over het effect van luchtstromingen of golfballetjes en andere sportballen.
Het antwoord op je vraag is niet eenvoudig, maar ik ga het proberen.
Vroeger werden golfballetjes gemaakt van leder en gevuld met veren. Die leren bal moest dus gestikt worden en het oppervlak was nooit volledig glad. Toen de eerste balletjes gemaakt van natuurlijk hars werden gebruikt, merkte men dat nieuwe balletjes minder ver vlogen dan balletjes waarvan het oppervlak een beetje beschadigd was geraakt. De 'ruwheid ' van het oppervlak was dus belangrijk voor de afstand die het balletje kon afleggen. Al vlug zorgden fabrikanten voor een ruwheid van het oppervlak door putjes in het oppervlak van de bal te maken, zonder echt te weten waarom. Experimenten hierover werden overigens uitgevoerd door Gustave Eiffel die voorwerpen van verschillende vorm en grootte van zijn toren liet vallen om de luchtweerstand te kunnen meten.
Maar waarom hebben die putjes nu effect?
Stel dat je een gladde bal aan een lage snelheid wegschiet. De bal moet de lucht opzij duwen en de lucht stroomt mooi omheen de bal. De bal ondervindt een weerstand die het gevolg is van de viscositeit (stroperigheid, kleverigheid) van de lucht. De lucht plakt een beetje aan de bal en zal zo de bal vertragen.
Als de snelheid van de bal groter wordt, ontstaat er achter de bal een zone waar de druk lager wordt: de lucht die rond de bal stroomt, is niet snel genoeg om de achterzijde van de bal te bereiken en er ontstaat een onderdruk achter de bal. Dit effect doet de luchtweerstand enorm toenemen. Dit is wat je ook merkt als je snel probeert te fietsen: je snelheid verdubbelen vraag duidelijk meer dan het dubbele van de inspanning. Je sleept een zone met een onderdruk achter je aan die je constant probeert te vertragen (diegene die achter je rijdt kan daar dan weer mooi van profiteren).
Als het oppervlak van de bal nu onregelmatigheden vertoont (een stiknaad, putjes, haar..), dan zal de lucht niet meer mooi rond de bal kunnen stromen, maar wordt turbulent. Je moet je turbulentie voorstellen als pakketjes lucht die kriskras heen en weer geschoten worden, maar gemiddeld wel in dezelfde richting bewegen. Het gevolg van die turbulentie is dat er nu luchtpakketje in de lagedrukzone geschoten worden die bijgevolg kleiner wordt. De remmende kracht van die lagedrukzone wordt dus kleiner en de bal ondervindt minder weerstand en vliegt verder. Door bovendien de bal een rotatie (spin) te geven, dan men die lagedrukzone naar een kant sturen en zo de baan een kromming geven in het vlak loodrecht op de draaibeweging. Bekijk de filmpjes maar eens op de site
http://hdl.handle.net/1813/11586
van Cornell University.
Om een gelijkaardige redden worden spoilers (= luchtstroomverstoorders) aangebracht op snelle wagens.