Защо разтегнатият сфероид е формата на успеха

подводницата

Регистрирайте се за безплатни бюлетини на Scientific American.

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Регистрация "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

Епизодът "Науката за футбола на NFL" на NBC Learn за геометричните фигури изследва разликите между сферите, елипсите и разтегнатите сфероиди и тяхното въздействие върху играта. Уникалната форма на футбола, например, допринася за динамичния характер на самата топка, която може да бъде хвърлена на дълги разстояния в стегната спирала или непредсказуемо да отскочи на игралното поле.

Бейзболните топки, баскетболните топки и много други спортни топки разчитат на сферичен, еднороден дизайн, който ги прави лесни за стрелба, хвърляне и удряне. Футболът обаче дължи двуизмерния си произход на елипсата, а не на кръга, придавайки на свинската кожа изпъкнала сфероидна форма, която има полярна ос, по-голяма от екваториалния диаметър. Благодарение на удължената си природа, футболът ще извива спирала, когато бъде хвърлен правилно. Въртенето създава жироскопичен ефект, стабилизиращ полета на топката във въздуха.

Тази форма прави футболното по-трудно хвърляне от сферичната топка. Но като сферичен сфероид, футболът изпитва по-малко съпротивление, тъй като пресича въздуха, което обяснява защо можете да хвърляте футбол по-далеч от сферична топка като баскетболна или футболна топка, която е приблизително със същия размер и тегло. Когато един футбол е хвърлен с малко клатушкане, за разлика от стегнатата спирала, той няма да пътува толкова далеч, тъй като представя по-голяма повърхност в посока на полета, което води до по-голяма степен на триене на въздуха, наричано още съпротивление.

Подобряването на оригиналния дизайн на топката не се оказа лесно. Най-добрата футболна форма би взела предвид както намаленото съпротивление, така и стабилизацията на траекторията, според Тони Шмиц, доцент в катедрата по механично и космическо инженерство във Флоридския университет. „В момента имаме камениста повърхност и спирално движение, които намаляват съпротивлението“, казва той. Всеки дизайн, който „увеличава тези ефекти, може да даде подобрени„ полетни “характеристики, но късмет, като направи значителна промяна“. Компанията за играчки Hasbro направи някои интересни промени в състава си на Nerf - футболът на Nerf Vortex има опашка например, което подобрява разстоянието, което изминава, когато бъде хвърлен. Начинът, по който такава топка ще пътува при ритане, е съвсем различен въпрос, разбира се.

Самолетите, подводниците и ракетите споделят основните принципи на проектиране като футболни топки, тъй като техните форми са удължени в опит да намалят съпротивлението. Тези превозни средства обаче се захранват и трябва да могат да променят посоката в средата на полета, така че да не могат да използват въртящия се жироскопичен ефект, който прави идеално хвърлена спирала такова нещо за красота.

Що се отнася до идентифицираните летящи обекти, обаче, разширените сфероиди не могат да съответстват на разстоянието от един клас геометрична форма: Летящият диск (Фризби) или пръстен (Aerobie) не само имат тънки профили, които намаляват съпротивлението и въртенето, което увеличава стабилността, но те създават и асансьор, който им позволява да се движат доста далеч. На футболно игрище добре хвърлен Aerobie може лесно да премине от крайна зона до крайна зона.