La physique du knuckleball

Les Jeux Olympiques étant dans leurs derniers jours, les occasions de voir l’un des spectacles les plus étranges et les plus mystérieux du sport ont été nombreuses: le knuckleball. Même si vous n’avez jamais entendu parler d’une boule de knuckleball, vous avez probablement déjà vu cela se produire sous vos yeux. Un knuckleball est essentiellement quand un projectile sphérique est frappé ou lancé de telle sorte que la rotation du ballon soit minimisée, créant une trajectoire en zigzag imprévisible qui peut surprendre l’équipe adverse (ainsi que les joueurs de sa propre équipe).

Le nom est dérivé de la façon dont les vieux lanceurs de baseball des débuts de la Major League Baseball (notamment Eddie Cicotte des White Sox de Chicago) agrippaient le ballon avec leurs poings avant de lancer. Le but est de donner à la balle le moins de rotations possible.

Cela donne une trajectoire de hauteur affectée par les variations de flux d’air facilitées par les différences dans les surfaces lisses de la balle et la couture plus rugueuse des coutures (ou c’est l’idée - en savoir plus sur la raison pour laquelle cela pourrait ne pas être vrai dans un instant). Essentiellement, vous forcez le flux d’air à créer une traînée asymétrique qui crée une hauteur en zigzag. La balle, sur son chemin vers sa planète d'origine, ressemblera fondamentalement à sa voltige de droite à gauche ou de haut en bas.

Bien sûr, vous ne voulez pas lancer une balle qui a non spin - juste un léger où la balle couvre la distance sans effectuer plus d'un demi-tour. Vous pouvez considérer la rotule comme une version inversée des coups francs courus du football dans lesquels l’objectif est d’appliquer une rotation très vigoureuse à une balle afin de la faire avancer dans une seule direction.

Essayer de lancer une balle dans ce seuil de rotation très étroit est une tâche extrêmement ardue - et c’est la raison pour laquelle si peu de lanceurs qui ont joué dans les tournois majeurs l’ont perfectionnée. De plus, la vitesse est la mesure la plus performante dans l’évaluation des lanceurs - et puisqu’une boule de knuckleball se déplace plus lentement que tout autre type de lancer, il ya de moins en moins d’incitation à la perfection de nos jours.

Bien que les balles rondes soient surtout présentes au baseball, elles se rencontrent également dans des sports comme le football et le volleyball, mais sont étrangement absentes dans des jeux comme le tennis de table, le squash et le basketball. Et dans beaucoup de ces sports, les balles manquent de coutures ou d’un degré d’asymétrie élevé en surface. Alors, pourquoi voyons-nous encore des boules de poing dans d’autres sports?

Cette question nous amène à une paire d’études sur la physique des knuckleballs sur lesquelles le chercheur en dynamique des fluides Baptiste Darbois Texier a travaillé. En 2012, grâce à une expérience de dynamique des fluides qui a projeté de l'eau dans de l'eau, du verre et des billes de plastique de tailles différentes, elle et ses collègues ont découvert qu'une sphère dans un écoulement - à la manière d'une boule de poing - allait subir un phénomène de force de traînée sur l'objet. diminuer fortement. Une force latérale s'infiltre et provoque une «crise de traînée» qui provoque le mouvement de la balle en avant et en avant.

Dans une étude plus récente publiée le mois dernier dans le Nouveau journal de physique, Texier et son équipe ont utilisé les tests en soufflerie pour mieux caractériser le comportement des knuckleballs et reproduire leurs mouvements dans un environnement contrôlé. En utilisant un appareil «de frappe au pied» personnalisé pour recréer des boules de poing au football, l'équipe a constaté que «toutes les balles volant dans les airs à cette vitesse et ne tournant pas peuvent suivre une trajectoire en zigzag, même si elles n'ont pas de coutures», confie Texier. Inverse. "Cela prouve qu'une sphère lisse et non rotative qui se déplace dans l'air subit des forces de portance fluctuantes capables de produire des trajectoires non rectilignes."

Ceci est en opposition avec une notion précédente qui expliquait les trajectoires en zigzag des balles de sport avec la présence de coutures et une petite quantité de rotation. Texier dit qu'une partie de l'expérience impliquait de tester le mouvement de boules de pétanque lisses tombées dans l'eau. «Les trajectoires non rectilignes de balles aussi denses et lisses étaient vraiment inattendues pour nous», dit-elle. «La longueur d'onde en zigzag était beaucoup plus grande que la distance de tir typique rencontrée sur un terrain de sport. Un tel fait explique pourquoi les chemins en zigzag ne sont jamais observés à bocce. ”

Une grande question reste toutefois spécifique au baseball: verrions-nous des boules de poing si l'objet était lisse et transparent? Texier n’a pas de réponse à cette question, mais cela reste la prochaine question à laquelle il reste à répondre.