LA FRICCIÓN DE LA PISTA DE TENIS

Las bolas de tenis durante el bote se aplastan y esto incide en su comportamiento durante y después del bote. Esto no ocurre en otros deportes. La bola utilizada en Críquet, Cesta Punta, Futbol etc es muy diferente a una de tenis. Son esferas que “casi” se podrían considerar como indeformables. En cambio la bola de tenis no lo es.

Ya vimos en la entrada del cambio de la superficie, como los 20º de incidencia de una bola de tenis en la superficie limitaban dos patrones de comportamiento diferentes de la bola después del bote. También sabemos que este límite de 20º se conoce para una bola que llega a la pista sin ningún efecto.

Sin embargo en el tenis se juega con efecto cortado, liftado y diversas combinaciones de efectos laterales. Cuando la bola es golpeada con efecto cortado hay un gran rango de ángulos de incidencia con los cuales la bola en el contacto con la pista siempre desliza. En cambio cuando es golpeada con “top spin” sólo desliza en un rango mucho más estrecho.

Pero la bola de tenis tiene algo que no tienen otras utilizadas en otros deportes, y hay que tenerlo en cuenta. Una bola de tenis a diferencia de las otras, en el momento del bote se aplasta. Y cuando esto ocurre, aumenta tanto la superficie de contacto con la pista que la bola deja de deslizar para pasar a rodar (la bola se agarra a la pista). Se mueve de manera similar al pie en contacto con el suelo mientras caminamos. Es decir la parte de la bola que toca el suelo permanece en reposo mientras la parte superior de la bola se desplaza horizontalmente respecto del suelo.

Entonces, ¿que ocurre durante el bote de la bola de tenis? El profesor Rod Cross nos ayudará.

1. La bola llega al suelo supuestamente sin girar (hipótesis). Al tocar el suelo aparece una fuerza de fricción (de sentido opuesto a la dirección de la bola) en el punto de contacto que comienza a hacer girar a la bola en el sentido de las agujas del reloj. Y la bola comienza a deformarse (incluso la pista).
2. La bola se va deformando de tal manera que deja de deslizarse para pasar a rodar por el suelo mientras dura el rebote. La parte inferior de la bola tiene velocidad 0 respecto de la pista. Esto ocurre hasta una deformación máxima.
3. La deformación de la bola comienza poco a poco a desaparecer y la bola que ya está girando, llega un momento que este giro de la bola hace que aparezca una fuerza de fricción pero ahora en el mismo sentido que la dirección de la bola.
   
   
   Mirad el gráfico:
   
   
   
   
   

Imaginaros que en la primera parte del proceso la fuerza de la fricción que aparece es muy grande. ¿Podría ocurrir que esa fuerza al ser tan grande y de sentido opuesto al avance de la bola la hiciese retroceder? pues bien, la respuesta es, sí. Esto ocurre por ejemplo con esas bolas de goma pequeñas que llaman SuperBall que al lanzarlas contra las paredes rebotan en todas direcciones. El coeficiente de fricción por deslizamiento es tan grande entre la bola y el suelo que la fuerza de fricción generada hace que la SuperBall cambie su dirección.

Naturalmente en el tenis tenemos un caso típico que es cuando la bola llega con muy poca velocidad (una dejada), casi vertical y por ejemplo en tierra batida. A pesar de su escasa velocidad, la fricción entre la bola y la superficie de tierra batida es tan grande que la fuerza generada puede llegar a hacer volver a la bola hacia atrás. Además al llegar a escasa velocidad la fase 2 casi no ocurre, es decir hay una deformación mínima de la bola y por lo tanto no se produce la rodadura de la misma por la pista.

En todo este tipo de jugadas Manolo Santana era un maestro. En estos días de torneos sobre césped casi será imposible contemplar estas jugadas debido al escaso coeficiente de rozamiento entre bola y superficie.

En la próxima entrada hablaré sobre el coeficiente de restitución de la pista.

CAMBIO DE SUPERFICIE DE LA PISTA

Si que hacía tiempo que no escribía pero unos cursos y la proximidad del final de la temporada 2010/11 no me han dejado tiempo, pero espero tener suficiente a partir de ahora.

Ha llegado el día del cambio de pista. Nadal acaba de ganar Roland Garros y ya está jugando  Queen's. ¡Vaya cambio!

De tierra batida a césped. En este aspecto el Tenis es único, se juega en gran variedad de superficies. Incluso el estilo y las tácticas varían dependiendo de esta superficie.

Pero, ¿Por qué es tan importante el tipo de superficie? El profesor Rod Cross de la Universidad de Sydney nos ayudará.

Después de que la bola toca el suelo pueden ocurrir muchas cosas: Puede disminuir su velocidad, puede aumentar su velocidad de giro, se aplasta en el momento del bote, la fricción con el suelo puede incluso ocasionar que cambie su dirección o que aumente la misma.

El asunto del bote de la bola no es tan sencillo como parece. Una bola que incide con una superficie plana en reposo con un determinado ángulo de incidencia es devuelta por la superficie con cierta velocidad angular, con menos velocidad que la de incidencia y aproximadamente con el mismo ángulo de salida que el de incidencia. Esto es fácilmente observable.

Pero analizando con mayor detenimiento y de forma más cuantitativa el bote de una bola de tenis surgen más preguntas: ¿A qué velocidad sale una bola después del bote? ¿Con qué ángulo? ¿Con cuánta velocidad de giro? ¿Con que ángulo de incidencia se consigue la mayor velocidad de giro? ¿Qué ocurre si la bola al llegar al suelo viene girando?

Hay dos casos generales de gran interés para los tenistas que son si la bola durante el bote desliza por la superficie o si por el contrario no desliza. Por  eso la superficie de juego es tan importante.

Para una bola de radio R, con una velocidad horizontal de vx, y una velocidad angular de w, la velocidad relativa entre la parte inferior de la bola y la superficie justo antes del contacto es: Vx≡ vx-Rw. Si la w fuese cero (no es el caso de casi nadie y menos de Rafa Nadal como vimos en la entrada "El efecto Nadal") es decir que la pelota llegase al suelo sin girar, mientras la bola estuviese en contacto vx disminuiría mientras que w aumentaría. Con ángulos de incidencia menores a 20º la bola rebotaría al mismo tiempo que desliza en la superficie. Echad un vistazo al gráfico.

Este es el caso de deslizamiento puro, en el cual a cualquier velocidad de incidencia, el cambio de velocidad horizontal de la bola y la velocidad de giro aumentan si aumenta también el ángulo de incidencia. Es decir hasta 20º la bola pierde menos velocidad cuanto mayor es el ángulo y la w aumenta. Parece bastante interesante para un jugador golpear la bola bastante baja y que aterrice en la otra pista a 20º para que pierda la menor cantidad de velocidad posible.

Sin embargo ocurre algo muy diferente cuando el ángulo de incidencia es mayor a 20º. En este caso la velocidad horizontal de la bola después del bote es una fracción fija de la velocidad horizontal previo al contacto con la superficie, independientemente del ángulo de incidencia.

Además la velocidad angular de la bola disminuye cuanto mayor es el ángulo de incidencia. Incluso llegará a ser 0 si el ángulo de incidencia es de 90º. O sea que una bola golpeada con mucho efecto cuanta más altura le damos mayor cantidad de efecto pierde en el contacto con el suelo. Esto parece poco conveniente. Sin embargo hay que tener en cuenta que cuanto más bajo intentamos golpear una bola más riesgo de estrellarla en la red tendremos.

Como vemos para una bola que es golpeada sin efecto, los 20º de ángulo de incidencia limitan dos patrones de comportamiento completamente distintos de la bola después del bote. Sin embargo los jugadores de tenis utilizan rutinariamente los efectos.

¿Cómo afectan estos efectos y la superficie al comportamiento de la bola después del bote?

Lo veremos estos días mientras se juegan los torneos de césped acabando en Wimbledon.