Sztywność rakiety tenisowej i jej wpływ na siłę uderzenia.

Sztywność rakiety tenisowej i jej wpływ na siłę uderzenia.

Zacznijmy od odróżnienia pojęcia sztywności ramy od spotykanego czasami określenia twardość, do niczego nam nie przydatnego. Tu będzie opis przyrody i czytelnicy czekający na akcję mogą od razu przejść do następnego akapitu. Twardość to pojęcie dotyczące odporności danej struktury na miejscowy nacisk, w przypadku niektórych materiałów na zarysowanie (skala twardości Mohsa). Nie o to wszakże nam chodzi, i należy rozróżniać te pojęcia.
O charakterystyce rakiety tenisowej i jej przydatności dla określonej grupy graczy w największym stopniu decyduje sztywność ramy i ewentualnie zdolność do pochłaniania przez nią drgań. Można to uzyskać poprzez stosowanie różnorodnych materiałów w tym kompozytów grafitowych, węglowych, z włókien szklanych, czy profili aluminiowych. W znacznym stopniu w ostatnich latach jednak bardziej sama konstrukcja ramy decyduje o uzyskanym poziomie sztywności niż rodzaj materiału użytego do jej budowy. Aby dopasować efekt do projektowanego modelu kinematycznego coraz częściej obserwujemy ramy o zmiennym profilu, jak na przykład w przypadku Yonexa.
Poniżej zajmiemy się pewnymi głównymi wyznacznikami projektowania konstrukcji ram pod kątem sztywności.
Może jeszcze pamiętamy ze szkoły zderzenia idealnie sprężyste i niesprężyste. Spróbujmy uderzyć metalową kulka np. od łożyska w stalową płytę i następnie w blok plasteliny lub nawet gumy. Od czego odbije się wyżej ? Niecierpliwi mogą przejść do następnego akapitu. Ale dlaczego się tak dzieje ? Przykład z plasteliną nie był może udany bo przecież zarówno rakieta miękka i sztywna powracają nam do poprzedniego kształtu po uderzeniu więc to są odkształcenia sprężyste a nie trwałe (plastyczne). Nie będę wnikał w struktury materiałowe, a posłużę się prostym dowodem. Załóżmy że rakieta sztywna nie odkształca się prawie wcale, inaczej niż miękka. Do zainicjowania i kontynuacji każdego ruchu potrzebna jest energia i jej część w przypadku miękkiej rakiety nie wróci w postaci energii sprężystości (potencjalnej). Każdy ruch kosztuje, odkształcenie też (jedynie w przypadku ciał o strukturze krystalicznej naprawdę niewiele)
Stąd rakiety o większej sztywności są w stanie oddać piłce tenisowej relatywnie więcej siły włożonej przez grającego. Dowiedziono doświadczalnie że wraz ze spadkiem sztywności rakiet spada amplituda tych drgań i okres ich wygaszania jest krótszy. Ponadto uzyskiwanie zmiennej sztywności rakiety za pomocą zmiennych profili rozmywa (rozciąga) położenie węzłów. Temat zostanie rozwinięty w kolejnym artykule o skutkach nieczystych uderzeń.