علم بولینگ نوسان

Conventional swing, reverse swing, contrast swing. In the past few years cricketers have been barraged with new and convoluted descriptions of a ball's deviation through the air, but only the select few can differentiate between each, let alone unravel the science behind them. One such man is Rabindra Mehta, a NASA scientist and former club fast bowler based in Califoia, who has studied cricket-ball aerodynamics for nearly three decades. Here, in response to an article published at Cricinfo last week, he gives the definitive answer to the mysteries of swing. >

آیا واقعاً مهم است که شما نوع خاصی از نوسان را چه می نامید؟خوب ، این مهم است زیرا علم دیکته می کند که چه نوع نوسان دارد. البته ، تعقیب کنندگان نیازی به دانستن یا درک علم ندارند ، اما من مطمئن هستم که آنها از دانستن اینکه چه زمانی یک نوع نوسان مؤثر خواهد بود و در چه جهتی توپ به احتمال زیاد می چرخد ، قدردانی می کنند.

با بیش از 25 سال است که با مطالعه آیرودینامیک توپ کریکت ، مأموریت من در اینجا آشکار کردن پاسخ های همه اسرار پیرامون بولینگ نوسان است و امیدوارم که یک بار و برای همیشه از بین برود ، همه اسطوره ها و توضیحات نادرست که هنوز در اطراف دنیای کریکت شناور هستندبشربرای اطمینان از اینکه این سه نوع نوسان در واقع وجود دارند ، و به طور مرتب در زمین کریکت تمرین می شوند ، من نمونه هایی از سری Ashes مشهور 2005 بین انگلیس و استرالیا را نقل کرده ام.

بگذارید ابتدا به برخی از فیزیک های اساسی جریان که به توضیح هر سه نوع نوسان توپ کریکت کمک می کند ، نگاه کنیم. در حالی که توپ از طریق هوا در حال پرواز است ، یک لایه نازک از هوا به نام "لایه مرزی" در امتداد سطح توپ شکل می گیرد. لایه مرزی نمی تواند تمام راه توپ را به سطح توپ بماند و تمایل به ترک یا "جدا کردن" از سطح در بعضی از موارد دارد. محل این نقطه جداسازی فشار را تعیین می کند و یک جداسازی نسبتاً دیررس منجر به فشار کمتری در آن طرف می شود. یک نیروی جانبی یا نوسان فقط در صورت ایجاد اختلاف فشار بین دو طرف توپ ایجاد می شود.

اکنون لایه مرزی می تواند دو حالت داشته باشد: یک حالت صاف و پایدار "لامینار" یا یک حالت "آشفته" متغیر و هرج و مرج. انتقال از یک لایه به حالت آشفته با سرعت بحرانی رخ می دهد که توسط زبری سطح تعیین می شود. هرچه سطح سخت تر باشد سرعت بحرانی پایین تر است. با این حال ، در یک سطح بسیار صاف و با سرعت اسمی ، یک لایه مرزی لمینار می تواند مجبور شود با "ریختن" آن با یک اختلال ، آشفته شود. این آشفتگی می تواند به صورت یک پیش بینی محلی یا زبری سطح باشد که لبه های آشفته را به لایه لمینار اضافه می کند و آن را مجبور می کند که آشفته شود. این شبیه به قرار دادن انگشت خود در یک جریان صاف از آب از شیر آب است: توجه داشته باشید که چگونه حرکات آشفته هرج و مرج کوچک در پایین دست از محل انگشت ایجاد می شود. اکنون معلوم می شود که یک لایه مرزی آشفته (به دلیل افزایش فعالیت و انرژی) می تواند در مقایسه با یک لایه چند لایه به سطح توپ برای فاصله طولانی تر بماند.

نوسان متعارف گفته می شود که این نوع نوسان در اواخر قرن سرچشمه گرفته است ، اما شواهدی وجود دارد که قبل از آن زمان وجود داشته است. بولرها از آن دوره ، از جمله WG Grace ، فهمیده بودند که یک توپ کاملاً جدید به نفع "پرواز عجیب و غریب" است ، بنابراین شکی نیست که این نوسان معمولی است که این تعقیب کنندگان به آن اشاره می کردند.

بولرهای سریع در کریکت باعث می شوند توپ با استفاده صحیح از درز اولیه ، توپ را تغییر دهد. توپ با درز در زاویه ای به خط اولیه پرواز آزاد می شود. برای نوسان معمولی ، توپ در همان مسیری که درز نشان می دهد ، می چرخد. بنابراین یک توپ آزاد شده با درز زاویه دار به سمت زمین های لغزنده از خفاش (Outswinger) دور می شود و یکی با درز که به سمت پای ریز وصل شده است ، به سمت خفاش (Inswinger) می چرخد. یک نمونه عالی از Inswing را می توان در اولین آزمایشات چهارم یافت که مارکوس ترسکوتیک توسط Shaun Tait تعظیم کرد و برای بیرون رفتن ، سیمون جونز را به مایکل کاسپوویچ هنگامی که نوبت استرالیا به خفاش رسید ، بررسی کنید.

بنابراین چگونه و چرا یک توپ کریکت در حالت معمولی می چرخد؟

بگذارید ببینیم چه اتفاقی برای جریان روی یک توپ کریکت که با درز زاویه دار آزاد شده است ، اتفاق می افتد (شکل 1). بین حدود 30 تا 70 مایل در ساعت ، لایه مرزی لمینار در امتداد سطح پایین در حدود اوج توپ از هم جدا می شود. با این حال ، لایه مرزی در امتداد سطح بالا توسط درز به حالت آشفته منتقل می شود و بنابراین جدایی آن به تأخیر می افتد. این عدم تقارن منجر به دیفرانسیل فشار (فشار پایین تر از بالا) و از این رو نیروی جانبی می شود که باعث می شود توپ در همان جهت که درز به آن اشاره می کند (به سمت بالا) تغییر کند.

بنابراین این نظریه است. آیا این واقعاً در عمل اتفاق می افتد؟عکس در شکل 2 یک توپ کریکت را با درز زاویه دار نشان می دهد و در یک تونل باد نگه داشته می شود. جریان از راست به چپ است و دود به منطقه پشت توپ تزریق می شود. به وضوح مشاهده می شود که چگونه لایه مرزی بر روی سطح پایین نسبتاً زودتر از آن از بالا جدا می شود. همچنین ، لبه تمیز و صاف دود در نقطه جداسازی پایین نشانگر یک لایه مرزی لمینار است در حالی که ماهیت نسبتاً هرج و مرج دود در نزدیکی نقطه جدایی بالا نشانگر حالت آشفته است.

کلید موفقیت در نوسان معمولی این است که آن سمت پیشرو (آن سمتی که رو به ضربه زننده است) تا حد امکان صاف نگه داشته شود تا جدایی آرام حاصل شود. بنابراین تمرین قدیمی صیقل دادن توپ بسیار منطقی علمی است (همچنین این واقعیت را دوست داشتم که وصله قرمز روشن روی شلوارم مرا به عنوان یک بولینگ سریع معرفی می کرد). در سال های گذشته، کاسه بازها متهم به استفاده از "وازلین" یا "بریلکریم" برای کمک به فرآیند پرداخت بودند. با این حال، اخیراً همه چیز در مورد این است که چگونه برخی از نعناع ها یا شیرینی های خاص می توانند به بزاق کمک کنند تا به یک ماده صیقل دهنده مؤثرتر تبدیل شود. من در مورد این مطمئن نیستم، اما چیزی که می دانم این است که وقتی لاک از سطح ساییده شد، روغن های طبیعی در چرم آزاد می شود و این به فرآیند پولیش کمک می کند.

البته، در واقعیت، زمانی که یک توپ کریکت کاسه می شود، همیشه مقداری به عقب باز می گردد. برای موفقیت در بولینگ سوئینگ، توپ باید به گونه ای رها شود که با کمترین لرزش در امتداد درز بچرخد. آزمایش های تونل باد بر روی توپ های کریکت در حال چرخش نشان می دهد که حداکثر نیروی جانبی در حدود 70 مایل در ساعت با زاویه درز 20 درجه و چرخش توپ به سمت عقب با سرعت 11 دور در ثانیه ایجاد می شود.

بنابراین در سرعت های بالای 70 مایل در ساعت چه اتفاقی می افتد؟لایه مرزی در سمت پایین در شکل 1 به سمت انتقال شروع می شود، عدم تقارن کاهش می یابد و به همین ترتیب نوسان به گونه ای است که در حدود 80 مایل در ساعت هیچ نوسانی وجود ندارد. بنابراین اگر به اندازه کافی بدشانسی می آورید که با این سرعت بحرانی توپ می زنید، مهم نیست که توپ چقدر خوب رها شود، توپ تکان نمی خورد. در گفت وگوی اخیر با مایک هندریک، توپ باز سابق تیم ملی انگلیس، او به من فاش کرد که همیشه حرکت دادن توپ برایش بسیار دشوار است و پس از این همه سال، سرانجام وقتی داده های ما را دید، دلیل آن را فهمید. البته یک راه حل این است که کمی سرعت را کاهش دهید. اما چه می شود اگر کاسه ساز "اومف" اضافی را وارد کند و تحویل بسیار سریعتر را آزاد کند؟آیا می توانید بگویید "نوسان معکوس"؟

نوسان معکوس ، دوست سابق مدرسه من ، عمران خان ، به درستی به عنوان یکی از اولین و بهترین نمایندگان نوسان معکوس در نظر گرفته می شود. در آگوست 1980 ، در حدود زمانی که اولین مقاله خود را در مورد آیرودینامیک کریکت-توپ در مجله جدید دانشمند (جلد 187 ، شماره 1213) منتشر کردم ، او به من گفت که از رنگ آبی که در بعضی مواقع ، توپ اشتباه می کند "اشتباه می کند"مسیر". او در آن زمان عمدتاً یک کولر ناسپاس بود و بنابراین "راه اشتباه" به معنای این بود که توپ از خفاش دور می شود. در آن زمان ، من صادقانه اعتقاد نداشتم که چنین پدیده ای ممکن است رخ دهد زیرا من نتوانستم آن را از نظر علمی توضیح دهم. با این حال ، در سال بعد ، هنگامی که ما آزمایش های تونل بادی خود را انجام دادیم ، کل "رمز و راز" فاش شد.

جریان بیش از یک توپ که نوسان معکوس دارد در شکل 3 نشان داده شده است. بنابراین اکنون ، با سرعت بولینگ به اندازه کافی بالا (بیش از 85 مایل در ساعت برای یک توپ جدید) لایه مرزی لامینار به حالت آشفته نسبتاً زودتر ، مهمتر از مهمتر قبل از رسیدن به درز منتقل می شود. محل. در این حالت ، درز در واقع با ضخیم تر و ضعیف تر ، تأثیر مضر بر لایه مرزی آشفته دارد و بنابراین زودتر از لایه آشفته بر روی سطح پایین از هم جدا می شود.

هنوز این را در پشت کلاس دنبال می کنید؟این بدان معناست که عدم تقارن اکنون تغییر کرده است و نیروی جانبی نیز همینطور است. نتیجه: توپ در جهت مخالف یا معکوس می چرخد. اگر توپ در جهتی که مخالف آن درز باشد ، نوسان معکوس واقعی است. این بدان معناست که سریعترین کاسه های جهان ، که با سرعت بیش از 90 مایل در ساعت کاسه می شوند ، حتی با یک توپ کاملاً جدید ، نوسان معکوس را ایجاد می کنند.

البته ، بسیاری از بولرها نمی توانند با سرعت 90 مایل در ساعت کاسه کنند ، بنابراین چگونه می توانیم فانی ما صرفاً نوسان معکوس ایجاد کنیم؟خوب ، اینجاست که زبری سطح بازی می شود. با افزایش زبری این طرف پیشرو (رو به خفاش) ، سرعت بحرانی بولینگ که در بالای آن می توان نوسان معکوس به دست آورد ، کاهش می یابد (داده های تجربی که این اثر را می توان در یک مقاله جدید دانشمند ، جلد 139 ، شماره 1887 یافت.، 21 اوت 1993). همچنین این بدان معنی است که نوسان معکوس موثرتر با سرعت بولینگ بالاتر بدست می آید.

به همین دلیل است که نوسان معکوس به طور کلی با توپ های قدیمی تر بازی می کند. تمام زیبایی های نوسان معکوس این است که یک کاسه دهنده که فقط در ابتدا با توپ جدید می تواند از خانه های خارج از خانه خارج شود ، می تواند با یک توپ قدیمی تر و بدون تغییر در چنگال یا عملکرد بولینگ ، کاسه های خود را با یک توپ قدیمی تر کاسه کند. به همین ترتیب ، یک کاسه ای که به طور ناگهانی قادر به کاسه های خارج از کشور خواهد بود. برای یک نمایش کلاسیک از نوسان معکوس ، سومین تست خاکستر سال 2005 - اندرو فلنتوف به سیمون کاتیچ را در دومین دوره بازی کنید.

یکی از دلایلی که نوسان معکوس به چنین شهرت به دست آورده است ، پیوند مداوم آن با اتهامات تمهیدات توپ است ، همانطور که در سال 2006 در بیضی شاهد بودیم. وقتی بولینگ ها متوجه اهمیت سطح خشن شدند ، آنها شروع به کمک به روند کار کردند. بعد از ماجرای "خاک در جیب" مایک آترتون در سال 1994 ، من به درستی توسط TCCB به لرد احضار شدم. آنها چندین توپ را به من نشان دادند که پس از مصادره از این افراد مظنون به سمت میدان توپ زدن به توپ بودند. از آنچه دیدم ، محبوب ترین اشکال دستکاری شامل گود کردن سطح با استفاده از اشیاء خارجی مانند تاپ های بطری و تلاش برای باز کردن درز چهارم با استفاده از ناخن ها بود.

شاید آنچه که مشهور نیست این واقعیت است که زبری مثبت نیز می تواند به همین خوبی عمل کند. بنابراین اگر مقداری خاک به سطح توپ گیر کرده بود (با استفاده از عرق یا بزاق به عنوان چسب) ، می توان نوسان معکوس را با سرعت بولینگ اسمی در حتی یک توپ کاملاً جدید بدست آورد ، و از همه مهمتر ، شواهد تا زمان توپ از بین می رودبه WicketKeeper می رسد. آیا این همان چیزی است که آترتون تلاش می کرد؟من شک دارم ، اما نمی دانم که آیا بازیکنان دیگر تا به حال آن را امتحان کرده اند ، به خصوص در روزهایی که خاک اره به طور معمول برای خشک کردن یک توپ مرطوب استفاده می شد.

یک تصور غلط در مورد نوسان معکوس که معمولاً شنیده می شود (حتی امروز) این است که به دلیل عدم تعادل وزن ایجاد شده با خیس کردن یک طرف توپ رخ می دهد. این بر اساس اظهارنظرهای برخی از مأمورین اولیه نوسان معکوس است ، اما هیچ مبنای علمی برای آن ندارد. خیس شدن توپ ممکن است در فرآیند gouging کمک کند ، اما اهمیت یک سطح خشک و خشن اکنون توسط بازیکنان فعلی که اغلب دیده می شوند از تماس دست با سطح خشن جلوگیری می کنند ، به خوبی درک می شود.

تصور غلط دیگر این است که نوسان معکوس کشنده تر است زیرا توپ بیشتر و دیر می چرخد. به نظر می رسد که بزرگی و جهت برای نوسان معکوس قابل مقایسه با مواردی است که برای نوسان معمولی قابل مقایسه است و برای هر دو نوع نوسان ، توپ از یک مسیر پرواز پارابولیک پیروی می کند به طوری که بیشتر حرکت در قسمت دوم پرواز رخ می دهد. خط پایین: نوسان دیر هنگام "داخلی" است.

تلاش های شخصی من برای تساوی توپ هرگز تحقق نیافته است. تا زمانی که آن را فهمیدم ، خودم را در کالیفرنیا بازی کردم و کاپیتان تیم ما - که او نیز در حال باز شدن بود - حاضر نشد به من اجازه دهد با توپ دست و پنجه نرم کنم. او متقاعد شده بود که اقدامات من "پیچ و خم زیبای او" را "پیچیده" خواهد کرد. واقعیت این است که وضعیت "سمت عقب" توپ (سطح فوقانی پشت درز در شکل 1 و 2) بسیار مهم نیست. بنابراین توپ مناسب برای نوسان معمولی و معکوس یکی با یک طرف بسیار صاف و دیگری خشن است. همچنین یک مزیت دیگر در ایجاد یک توپ با کنتراست شدید در زبری سطح وجود دارد.

کنتراست در دسامبر گذشته در بازدید از آکادمی ملی کریکت ECB ، جایی که از من دعوت شدم تا تحقیقات خود را در مورد آیرودینامیک توپ کریکت ارائه دهم ، فهمیدم که هنوز هم در مورد تعریف نوسانات معکوس سردرگمی وجود دارد. آنها یک جلسه تمرینی داشتند که به نوسان معکوس با توپ های مخصوص آماده شده اختصاص داده شده بود (یک طرف عمداً سخت شده است). برخی از تعقیب کنندگان توپ را به خوبی چرخانده و به معنای معکوس فکر می کردند.

با این حال ، توپ به طور کلی درز را مستقیماً بالا (زاویه دار) داشت و به سمت صاف چرخید. این بدیهی است که نوسان معکوس نبود و توضیح دادن برای تعقیب کنندگان و مربیان برای من تا حدودی دشوار بود. این زمانی است که من اصطلاح جدید را ایجاد کردم: "نوسان کنتراست". بنابراین نوسانات کنتراست با نوسان معمولی و معکوس چگونه متفاوت است؟از یک چیز ، جهت نوسان با سرعت بولینگ تعیین می شود ، بر خلاف درز و جهت گیری های سطح صاف و خشن.

در شکل 4 (a) ، یک توپ با زبری سطح متضاد با سرعت نسبتاً کم با درز مستقیم به سمت هوا پرواز می کند. در این حالت ، لایه مرزی بر روی سطح فوقانی نسبتاً زود در حالت لمینار از هم جدا می شود در حالی که در قسمت پایین خشن آشفته می شود و بعداً از هم جدا می شود. این عدم تقارن منجر به یک نیروی جانبی می شود که باعث می شود توپ به سمت طرف خشن چرخانده شود.

اگر توپ با سرعت بسیار بالاتر آزاد شود ، میدان جریان همانطور که در شکل 4 (b) نشان داده شده است متفاوت است. در این حالت ، انتقال در هر دو طرف توپ رخ می دهد ، اما لایه مرزی آشفته در امتداد سطح پایین خشن ضخیم و تضعیف می شود (به همان روشی که درز لایه مرزی آشفته را در نوسان معکوس تضعیف می کند). در نتیجه ، لایه مرزی در طرف خشن نسبتاً زود از هم جدا می شود و توپ اکنون به سمت سمت صاف می چرخد.

توجه داشته باشید که سرعت واقعی بولینگ بحرانی که تعیین می کند توپ با وضعیت توپ کاملاً مشخص می شود. نمونه های فوق العاده ای از نوسان کنتراست واقعی را می توان در دومین دوره از آزمایش خاکستر سوم سال 2005 ، فلینفوف به متیو هایدن و فلینتف به آدام گیلچریست یافت.

جالب ترین ویژگی در مورد نوسان کنتراست این است که تقریباً در مورد هر بولر (صرف نظر از سرعت بولینگ) می تواند آن را در عمل پیاده سازی کند. همانطور که بیشتر کریکت ها آگاه هستند ، رها کردن توپ با درز مستقیم به جای زاویه دار به سمت لغزش یا پای خوب بسیار ساده تر است. بنابراین ، حتی فانی های صرف نیز باید بتوانند چنین توپ را بچرخانند ، و از هر جهت ، زیرا عمل بولینگ برای هر دو نوع نوسان یکسان است ، تنها تفاوت جهت گیری توپ است.

در حقیقت ، کاسه های "درز" یا "سهام" متوسط معمولاً با درز در این جهت گیری کاسه می زنند تا توپ را روی درز خود گزاف گویی کند تا بتواند حرکات جانبی را از زمین به دست آورد. با تضاد در زبری سطح ، این تعقیب کنندگان می توانند به طور ناگهانی به تعقیب کنندگان نوسان مؤثر تبدیل شوند ، بدون هیچ گونه تلاش اضافی ، بنابراین نه تنها خفاش ، بلکه شاید خودشان نیز گیج شوند. یکی دیگر از مزیت های نوسان کنتراست این است که می توان آن را حتی اگر درز کاملاً "در آغوش" باشد به دست آورد (توجه داشته باشید که یک درز برجسته برای نوسان معمولی و معکوس بسیار مهم است). اگر شک دارید که یک توپ با یک درز درز می تواند نوسان کند ، سپس بیش از نیمی از یک توپ تنیس را نوار بزنید و آن را با خط اتصال مستقیم به سمت بالا بکشید.

بنابراین توپ ایده آل برای نوسان بولینگ یکی با یک درز برجسته ، یک طرف صاف و دیگری خشن است. سمت میدانی باید توپ جدید را بررسی کند و طرف را با برجسته کم عمق یا کمتر خشن و جوی مذهبی در طول مسابقه انتخاب کند. طرف دیگر باید در طول بازی مجاز به خشن شدن باشد ، اما باید تا حد امکان خشک نگه داشته شود.

حتی اگر درز کاملاً شکسته شود ، می توان توپ با تضاد در زبری سطح را چرخانده. بنابراین چگونه می گویید چه نوع نوسان یک کاسه خاص تولید می کند؟به جهت گیری درز و جهت نوسان توجه کنید. اگر آنها همزمان باشند ، نوسان معمولی است. اگر مخالف باشید ، نوسان معکوس است و اگر درز مستقیم به زمین می رود ، شما فقط شاهد نوسان کنتراست بوده اید.

Rabindra Mehta یک مشاور آیرودینامیک ورزشی و دانشمند ناسا مستقر در کالیفرنیا است