لقد أوضح الفيزيائيون سبب خروج كرة الجولف من الحفرة

ربما تكون قد شاهدت على شاشة التلفزيون أو في الحياة الواقعية كرة جولف تتدحرج نحو الحفرة، وتتجمد على الحافة، وتسقط داخل الحفرة، وتطير فجأة للخارج، واصفةً قوسًا يزيد عن 180 درجة. يلهث المتفرجون ويمسك لاعب الجولف برأسه. لقد أثبت علماء بريطانيون من بريستول ومانشستر أن هذا ليس حظا سيئا، بل هو آليتين واضحتين ترتبطان بالتوازنات غير المستقرة وتدفق الطاقة. وتم نشر نتائج عملهم في الجمعية الملكية للعلوم المفتوحة.

ربما تكون قد شاهدت على شاشة التلفزيون أو على الهواء مباشرة كيف تتدحرج الكرة نحو الحفرة في لعبة الجولف، وتتجمد على الحافة، ثم تسقط داخل الحفرة، ثم تطير فجأة للخارج، واصفةً قوسًا يزيد عن 180 درجة. يلهث المتفرجون ويمسك لاعب الجولف برأسه. وقد أثبت علماء بريطانيون من بريستول ومانشستر أن هذا ليس حظا سيئا، ولكنه نتيجة لآليتين واضحتين مرتبطتين بالتوازن غير المستقر وتدفق الطاقة. ونشرت نتائج الدراسة في المجلة الجمعية الملكية للعلوم المفتوحة.

تحلق من حافة الموقع

في أغلب الأحيان مركز الكرة لا يذهب تحت الأخضر. يتدحرج إلى أسفل الحافة، كما هو الحال على السكك الحديدية، ويعود. كل شيء يقرره الصراع بين يقذف (الانتقال إلى الحفرة) و المتداول على طول الحافة.

آلية المفتاح – “كرات الموت” (مصطلح مؤلفي الدراسة): هذه العائلة نقاط سرج التوازن في نظام ديناميكي. بكلمات بسيطة: في الرياضيات والفيزياء نقطة السرج – موضع يكون فيه النظام مستقرًا في اتجاه واحد (على سبيل المثال، لا تتدحرج الكرة ذهابًا وإيابًا) وغير مستقر في الاتجاه الآخر (يسهل دفعه إلى الجانب).

تخيل أنك تجلس على سرج حصان: على ظهرك، يتم دعمك على طول العمود الفقري، لكنك تنزلق بسهولة إلى الجانب.

هنا، يمكن للكرة نظريًا أن “تعلق” على الحافة بزاوية 20-30 درجة مع الأفقي، وتتدحرج بسرعة ثابتة. لكن هذا توازن غير مستقر: أدنى انحراف – فيسقط في الحفرة أو يطير خارجاً.

بدون الدوران حول محور عمودي، كل شيء بسيط. يتم الحفاظ على الطاقة: حركية عند الاصطدام + إمكانات على الحافة. وبسرعة أقل 1.6 m/s تم التقاط الكرة من الثقب. أعلى – يأتي على الفور أو في منتصف الطريق. وقد أكدت التجارب التي أجراها الفيزيائي توماس هولمز هذه النظرية قبل 40 عاما، ولكن مع بعض الفروق الدقيقة وعدم الدقة.

البندول مع سر

حالة نادرة ولكنها مذهلة عندما الكرة يغوص في حفرة، يلامس الحائط – ويطير من الجانب الآخر دون لمس القاع.

يقول جون هوجان، عالم الرياضيات في جامعة بريستول والمؤلف المشارك في الدراسة: “تهبط الكرة إلى الأسفل، وتفقد ارتفاعها. وتتحول الطاقة الكامنة إلى دوران حول محور عمودي على الجدار. ثم “يعيد” الدوران الطاقة وتطير الكرة للأعلى”.

التشبيه: كرة في كوب عميق. قم برميها بلف – سوف تتدحرج وتدور على الحائط وتطير للخارج دون لمس الجزء السفلي.

على اللون الأخضر، يظهر الدوران من تلقاء نفسه. يؤدي احتكاك الحافة إلى “تدوير” الكرة حتى بدون الدوران الأولي. تدخل الكرة الحفرة بميل نحو الأسفل، لكن التدحرج على طول الجدار يحول السقوط إلى دوران. إذا لم يتم لمس الجزء السفلي، فإن الطاقة تعيده إلى الحافة.

عمق الحفرة (10 سم) يحد المنطقة: يجب ألا تغوص الكرة بعمق أكثر من 8 سم. لا يمكن الإقلاع إلا في “ممر” ضيق من السرعات والإزاحات – عند حدود الالتقاط ذاتها، حيث بالكاد يمس المسار فاصل السرج.

في كرة السلة، “ترقص” الكرة على الطوق، وتوازن بين السقوط والطيران. في البيسبول هناك ملاعب ملتوية، وفي كرة القدم هناك ارتدادات “ميتة”. تتميز جميع هذه الألعاب بتوازنات غير مستقرة وتدفق للطاقة بين الحركة والدوران.

ويختتم جون هوجان قائلاً: “لقد شرحنا هذه الظاهرة. الأمر متروك للاعبين والمدربين ليقرروا ما إذا كانوا سيستخدمون الفيزياء لضبط التسديدات أم لا”.