שמואל גולדברג | טניס | 22/06/2017

טניס - סוד החבטה של האלופים

כתב: שמואל גולדברג, פיסיקאי, מחבר הספר Elements of a Powerful Tennis Stroke, 2013

במאמר הקודם ראינו שאחד המרכיבים החשובים של חבטת טניס טובה היא מהירות המחבט לקראת המגע עם הכדור. במאמר זה נלמד איך האלופים מיצרים תנועה כל כך מהירה של המחבט.
במאמר הבא נתרגל את יצירת התנועה. בהמשך נלמד איך להאיץ את התנועה.

 כמה מספרים כדי שנבין באמת לאיזה מהירויות מגיעים הכדורים של שחקני צמרת. אורך מגרש טניס 24 מ' בקירוב. לעבור מרחק זה בשניה אחת דורש מהירות הקרובה ל-90 ק''מ/שעה. מהירות הכדור פוחתת לאורך המעוף עקב התנגדות האוויר. זאת אומרת, מהירותו ההתחלתית צריכה להיות גבוהה בהרבה מ-100 ק''מ/שעה! לייצר מהירות כל כך גבוהה חורג בהרבה מהיכולות של שרירי חזה וכתף ודורש טכניקה מיוחדת.

באיור 1 רואים את רפאל נדל בחבטת כף יד.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

איור 1

נדל, איתר יד שמאל, מתחיל בסיבוב של חלקו העליון של הגוף נגד כיוון השעון, שמגיע לשיא בתמונה
מס' 3. מכאן מתחיל סיבוב הגוף בכיוון השעון, כ-º90, המסתיים בתמונה 6. בהתחלה סיבוב הזרוע מפגר מאוד אחרי סיבוב הגוף. בתמונות 3 – 5 היד ממש "נגררת" אחרי הגוף ומשלימה מעלות בודדות של סיבוב. היא מתפרצת ומשלימה סיבוב של º90 בתמונה 6, º90 נוספות – בתמונה 7, ועוד כ- º180 – בתמונה 8. בתמונה 6, כשהמחבט פוגש את הכדור, המהירות מדהימה!

בניסיון להבין איך האלופים מייצרים חבטה, בלי להיגרר לפריטים מקריים ולא חשובים, נציג כאן דגם מופשט של גוף השחקן המייצר חבטה. הדגם נבנה ונבדק על סמך עשרות סרטונים של שחקני צמרת.

ראה סרטון המציג את הדגם בפעולה.

את גוף השחקן מדמה בקבוק זכוכית כבד. את הזרוע – סרגל פלסטיק קל המודבק לבקבוק בסרט דביק. הכדור מונח מול הסרגל. סיבוב הבקבוק מניע את הסרגל, שבתורו פוגע ומניע את הכדור. איורים 2 ו-3 מציגים תמונות מהסרטון. מתחת לכל תמונה – המספר הסידורי שלה בסרטון. באיור 2 מוצגות כל התמונות עד המפגש עם הכדור והמפגש עצמו. באיור 3 – כל תמונה רביעית שאחרי המפגש.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

איור 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

איור 3

בתמונה 65 שבאיור 2, על אף שבקבוק עשה סיבוב משמעותי, הסרגל לא זז מהמקום. במקום לנוע, הוא מתעוות, כלומר, צובר בתוכו אנרגיה פוטנציאלית. אנרגיה זאת מתפרצת בתמונות 66 ו-67, בהן הסרגל נע במהירות גבוהה בהרבה מהבקבוק. התנועה (תנע זוויתי, לא אנרגיה!) עוברת מגוף גדול, בקבוק, לגוף קטן, סרגל, והתוצאה – מהירות גבוהה בהרבה מהמהירות המקורית.

(בשפה מקצועית, במקרה זה, גוף גדול/קטן זה גוף בעל מומנט אינרציה גדול/קטן.)

זה תואם את התנועה של נדל. הוא הניע את פלג גופו העליון, לא את הזרוע. זה יצר מתח בגופו, שהתפרץ כמעוף של הזרועה, במהירות גבוהה בהרבה ממה שניתן לייצר על ידי שרירי חזה וכתף.

כאן מקום להזהיר: אנחנו עלולים ליצר מתחים ומהירויות מסוכנות לגוף שלנו! אסור להתעלם מכאבים ומאי-נוחות!

בתמונה 68 רואים עיוות חדש בסרגל שנגרם על ידי פגיעה בכדור. עיוות – זה צבירת אנרגיה פוטנציאלית, שמתפרצת בהמשך. בדיוק את זה רואים באיור 3, אחרי ניתוק הכדור מהסרגל. סרגל ממשיך בכיוון המקורי, אך הבקבוק מחליף את כיוון הסיבוב שלו. בפיסיקה זה מוסבר היטב על ידי חוק שימור התנע הזוויתי.

זה בדיוק מה שרואים באיור 4, חבטת כף יד של רוז'ר פדרר. סיבוב הגוף בכיוון השעון נעצר בתמונה 7, בפגיעה בכדור. כיוון סיבוב הגוף התחלף בתמונה 8 (ראה את קו הכתפיים). היד מתקפלת במרפק וממשיכה בסיבוב המקורי. כל זה ללא שום יוזמה מצד השחקן, כשגופו באוויר.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

איור 4

למדנו כאן מהאלופים מנגנון של יצירת תנועת המחבט: רב התנועה של החלק העליון של גוף השחקן, הגוף הגדול, עוברת לתנועה מהירה מאוד של המחבט. בהמשך נלמד איך להאיץ את התנועה. התוצאה – כדור מהיר מאוד!

*******************************

קצת פיזיקה למי שחשוב להבין איך חוק שימור התנע הזוויתי מתבטא בחבטה. נחזור לאיורים 2 ו-3. בהתחלה אין שום סיבוב. כלומר, התנע הזוויתי שווה אפס. לפי חוק שימור התנע הוא יישאר אפס לאורך הפעולה כולה, או, לכל תוספת סיבוב (תנע זוויתי) בכיוון אחד יתווסף סיבוב זהה בכיוון הנגדי.

היד מסובבת את הבקבוק נגד כיוון השעון. בצורה כל שהיא, הפרטים לא חשובים כאן, דרך גוף האדם הסיבוב (התנע הזוויתי) בערך שווה לזה של הבקבוק נוצר בסביבה.

מתמונה 66 והלאה התנע הזוויתי של הבקבוק מתחלק עם הסרגל. החלק שהסרגל קיבל מספיק לו לנוע במהירות סיבובית גבוהה בהרבה מזאת של הבקבוק.

בזמן המגע עם הכדור, הגופים שבמערכת הם (1) בקבוק ו-(2) סרגל יחד עם הכדור. סרגל עם הכדור זה גוף גדול בהרבה מסרגל בלבד. התנע הזוויתי מתחלק מחדש, ועדיין הסכום צריך להתאפס. על מנת שזה יקרה, בקבוק מסתובב בכיוון ההפוך למקורי.

כשהכדור מתנתק מהסרגל, הוא נע ישר. אין לו תנע זוויתי. הסרגל ובקבוק שוב מתחלקים בתנע, כך שהסכום עדיין נשאר אפס. בסוף הסרגל והבקבוק, אחד דרך חיכוך עם האוויר ושני – דרך החיכוך עם השולחן, מחזירים את כל התנע הסיבובי שלהם לסביבה, ונעצרים.

---

המאמרים בסדרה:

• טניס: המעוף של הכדור
• טניס: הקסם של הכדור המסתובב
• מה קורה כשכדור טניס פוגע במחבט של אלוף?
• טניס: סוד החבטה של האלופים
• טניס: הנעת החבטה
• טניס: האצת החבטה
• טניס: שני הרכיבים (בלבד) של חבטת כף יד
• טניס: חבטת גב יד באחיזת שתי ידיים
• טניס: חבטת גב יד באחיזה של יד אחת
• טניס: חבטת הגשה 

---

יש לך שאלה למומחים של המרכז האקדמי לוינסקי-וינגייט (קמפוס וינגייט)? אין צורך להתבייש, רק ללחוץ כאן.