Vlastnosti jádra od Nicka Sieferse

Článek je publikován s laskavým svolením www.bowlingdigital.com. Přeložil Jakub Váradi.

Vlastnosti jádra od Nicka Sieferse, výzkumného inženýra USBC

Původně publikováno 14. května 2007

Poloměr otáčení je definován jako druhá odmocnina momentu setrvačnosti lomeného hmotností objektu.

Nemáte ani ponětí co to má společného s bowlingem? Vítejte do klubu!

Pokud chcete zjistit, co je to tření, rotace, schopnosti a vlastnosti jádra, flare potenciál a další pojmy, a co přesně tyto pojmy znamenají, nebo chcete jen rozšířit svoje vědomosti, pak jste zde správně!

Technický ředitel United States Bowling Congress (USBC), Neil Stremmel (na obrázku vlevo), souhlasil s poskytnutím série článků, aby vnesl trochu jasno do těchto problémů a pomohl vysvětlit základní definice a terminologii, nebo aby uvedl v pochopitelné verzi fyzikální definice. V tomto prvním článku autor, Nick Sieferse, výzkumný inženýr USBC, vysvětluje „vlastnosti jádra“.

VLASTNOSTI JÁDRA

Přirozený pohyb jádra v bowlingové kouli je primárně kontrolován dvěmi složkami, jádrem samotným a povrchem. Tyto složky pracují společně a vytvářejí celkovou reakci koule.

Složení povrchu koule určuje velikost tření mezi bowlingovou koulí a dráhou, zatímco fyzické nebo váhové vlastnosti jádra podporují kouli v rotaci a také její vlastní rolování po dráze.

Proto, abychom viděli, jak se tyto dvě složky navzájem doplňují, podívejme se nejdříve na vlastnosti jádra, a to pomocí základních definic a terminologie.

Vlastní jádro bowlingové koule může být vytvořeno v mnoha rozmanitých tvarech. Právě charakteristika jádra, jeho velikosti, tvaru a jeho hustoty, hraje životně důležitou roli v určování toho, jak bude jádro ovlivňovat rotaci koule.

Pro další pochopení toho, jak fyzikální vlastnosti jádra ovlivňují reakci koule, je potřeba definovat a určit následující dva pojmy – a to:
1. Poloměr otáčení (Radius of Gyration - RG)
2. Diferenciál (rozdíl) poloměru otáčení (Differential Radius of Gyration)

Technicky vzato, poloměr otáčení je definován jako druhá odmocnina momentu setrvačnosti lomeného hmotností objektu.

Z tohoto důvodu má poloměr otáčení právě takovou velikost, jako když veškerá hmotnost objektu je pohromadě právě na tom jediném poloměru, což vytváří stejný moment setrvačnosti. Moment setrvačnosti pro tento objekt je pak poměr užitého točivého momentu a výsledné úhlové akcelerace objektu.

Tato fyzikální definice tedy říká, že moment setrvačnosti udává jak snadno se nějaký objekt roztočí, když použijeme sílu.
Tedy, jednodušeji řečeno, poloměr otáčení určuje jak snadné je pro bowlingovou kouli určité váhy rotovat kolem daných os a měří, kde je uvnitř lokalizována váha, relativně k centru koule.

Pro hlubší pochopení tohoto problému nám pomůže představit si krasobruslaře na ledě, když dělá piruetu. Když se bruslař otáčí na ledě s rukama od těla, rychlost otáčení je menší než když má ruce připažené blízko u těla.

Stejný fyzikální princip nyní aplikujeme na určité jádro uvnitř bowlingové koule. Pro daný tvar jádra potom platí, že čím víc se jádro směrem dovnitř stává těžším, tím víc potom bowlingová koule simuluje rotaci jako krasobruslař s rukama co nejblíže u těla. Jinými slovy, jádro má nízké RG a bude pomáhat kouli se roztočit rychlejším způsobem.

Čím víc je naopak vnitřní jádro lehčí, tím víc se koule chová jako točící se krasobruslař s rukama od těla a kouli bude trvat déle se roztočit, když jede po dráze, tedy tato koule má vyšší RG.

Koule s nízkým RG poskytují vyšší tření s dráhou a to přispívá k dřívější rotaci a více obloukovému breakpointu.

Koule s vysokým RG odolávají rotaci déle než koule s nízkým RG a díky nižšímu tření, které tolik nepřispívá k rotaci koule, je pak výsledkem to, že koule klouže po dráze dál, než začne zatáčet.

Poloměr otáčení je měřený v palcích. Dolní limit podle USBC je 2.43'' a horní limit je 2.80''. Agresivnější bowlingové koule na trhu mají RG blízko u dolního limitu, zatímco obyčejné plastové koule mají RG hodnotu blízko horního limitu.

Každá koule má vysokou osu RG a nízkou osu RG.

Pro srovnání s příkladem o krasobruslaři, vysoká RG osa znamená, že má bruslař ruce od těla a nízká RG osa znamená, že je má u těla. To je rozdíl mezi maximem a minimem RG který je definován jako diferenciál, nebo též rozdíl poloměru otáčení.

Pro detailnější vysvětlení si představte fotbalový míč (poznámka překladatele – jedná se o míč na americký fotbal), když ho hází rozehrávač a nebo vykopává střelec. V těchto dvou situacích pak fotbalový míč rotuje různými způsoby. Tvar míče nám pak pomáhá určit jakou orientaci má rotace. Když je hozený rozehrávačem, míč rotuje ve spirále, zatímco když ho vykopne střelec, rotuje dopředu – konec přes konec.

Pokud míč nerotuje v jedné z těchto dvou orientací, bude se snažit se přesunout k jedné ze dvou „upřednostňovaných os otáčení“. Přeloženo zpátky do bowlingu, minimum a maximum RG vytváří upřednostňované osy otáčení na bowlingové kouli.

Když je koule vypuštěná hráčem na dráhu, bude se snažit přesunout se do upřednostňované (preferované) osy otáčení v průběhu toho, jak jede po dráze. Znak tohoto principu může být vidět na olejových kroužcích na kouli. I když je počet těchto olejových kroužků přímým výsledkem hráčových RPM (Revolution per minute – otáčky za minutu, jednotka frekvence měřící rotaci okolo fixní osy), koule s větším rozdílem mezi minimem a maximem hodnot RG (rozdílu poloměru otáčení) bude mít větší mezeru mezi jednotlivými olejovými kroužky.

Malý rozdíl poloměru otáčení vytvoří menší mezery mezi olejovými kroužky a někdy vytvoří dokonce jen jeden silný olejový pruh okolo koule, kvůli nedostatku důležitých upřednostňovaných os otáčení.

Jednoduše formulováno, rozdíl poloměru otáčení může být přímo souvislý s flare potencionálem bowlingové koule.

Větší flare dovoluje větší části bowlingové koule kontakt s dráhou v průběhu toho, jak koule po dráze jede ke kuželkám.

To je důležité, protože s dráhou přichází do styku stále nový povrch koule, který v kontaktu s dráhou vytváří větší tření a dovoluje kouli zatočit víc.

V současné době je limit USBC pro rozdíl poloměru otáčení 0,060''.

Když pochopíme tyto dvě základní vlastnosti jádra, poloměr otáčení a rozdíl poloměru otáčení, pracovník pro-shopu může lépe dát do souvislosti nutný tvar jádra a hustotu k dosažení zamýšleného chování výsledného produktu.

Jak bylo zmíněno výše, vlastnosti jádra jsou jenom jedním klíčem k reakci a chování bowlingové koule.

Nick Siefers, USBC výzkumný inženýr
BS Chemické inženýrství – Universita Purdue

Originál článku naleznete na adrese http://www.bowlingdigital.com/bowling/node/14131/1.