Masa rakiety a prędkość uderzenia

Artykuł użytkownika Pits z Forum Tenis NET:

Wpływ masy rakiety i sposobu jej rozłożenia na prędkość uderzenia
W opracowaniu zaprezentowano wyniki badań autorów artykułu mające na celu potwierdzić lub obalić teoretyczne rozważania nt. wpływu masy i sposobu jej rozłożenia w rakiecie tenisowej na jej prędkość w trakcie uderzenia. Przeanalizowano również wpływ pojedynczych czynników jak zmiana samej masy bez zmiany momentu bezwładności i odwrotnie na prędkość samej rakiety. W tym celu wybrano czterech mężczyzn (studentów) o podobnej budowie fizycznej, wadze, którym dano do operowania trzy odmiany specjalnie skonstruowanych „rakiet” w których możliwe było łatwe modyfikowanie takich elementów jak masa czy moment bezwładności (potocznie swingweight). Badany układ zakładał wykonanie kilku symulowanych uderzeń przez każdego z ochotników, każdym z badanych przedmiotów, z nanoszonymi modyfikacjami. Model ruchu ograniczony został do zamachu ramienia, przedramienia i dłoni z rakietą, bez skrętu tułowia dla uproszczenia badań. Rejestracja odbywała się za pomocą dwóch szybkich kamer umieszczonych w dwóch kierunkach, co pozwalało na wyliczenie drogi pomiędzy pojedynczymi klatkami, a zatem i prędkości.

Rezultaty
Zmiana masy poruszanego elementu w zakresie do 0,7kg wprowadzała u większości badanych niewielki jedynie spadek prędkości w zakresie ruchu o kącie 120st, dopiero przekroczenie tej masy powodowało znaczny już spadek prędkości.
Natomiast nawet niewielki wzrost momentu bezwładności, przy tej samej masie powodował znaczny już spadek osiąganych prędkości „rakiety”

Kolejne rozważania miały dać odpowiedź na pytanie jaka jest optymalna waga rakiety tenisowej, pozwalająca na uzyskanie największej prędkości odbicia. Z przeprowadzonych wcześniej analiz teoretycznych bazujących na metodach energetycznych wynikał wniosek że optymalną masę opisuje zależność:
M = m(1/n – 1) – gdzie m =0.0459 kg jest masą piłki, a n <1,5:3> opisuje siłę zawodnika

Przeprowadzono serię pomiarów z rakietami o różnych masach i wyniki zobrazowano na poniższym wykresie:
Wykresgdzie x=2 uderzenie środkiem naciągu x=3 uderzenie w pobliżu końca rakiety ,a n= 0,25 lub 0,27 charakteryzuje sztywność rakiety (ilość oddawanej mocy)
Jak widać z obrazu największą prędkość piłka uzyskuje dla mas 250 i 350g. Jednakże prędkość jest bardzo bliska optymalnej już dla 200g i utrzymuje się powyżej tego poziomu aż do 520g. Jednakże poniżej 200g rakieta traci błyskawicznie zdolność do generowania prędkości piłki.
Zapis w postaci równania pominę ze względu na to że jest to ułamkowa funkcja wykładnicza i tryb tekstowy bardzo ogranicza.

Uwagi:
Zaprezentowane wyniki mają obrazować pewne zasady ruchu rakiet, a nie wytyczne, gdyż ze względu na zakres wykonywano jedynie po kilka zamachów, a ja nie wyobrażam sobie machania 0,5kg rakietą więcej niż kilka razy.
Potwierdzają one jednak prezentowane na tym forum odczucia, że nie tyle zmiana masy wpływa na wyraźne odczuwanie „ciężkości rakiety”, co sposób jej rozłożenia w kierunku główki.

Źródło:
Journal of Sports Sciences, January 2006; 24(1): 23 — 30 ROD CROSS (Physics Department, University of Sydney) & ROB BOWER (Department of Leisure, Sport and Tourism, University of Technology, Sydney, Australia)

Skróty i poprawki edytorskie od redakcji.
Oryginalny tekst, dyskusję forumowiczów oraz więcej wskazówek dotyczących doboru rakiety znajdziesz tutaj.