Lintuakin nopeampi

Hesarissa oli 9.11.2013 pieni juttu sulkapallon ennätysnopeudesta.

"Sulkapallopiireissä levisi jokin aika sitten hurja uutinen: malesialainen Tan Boon Heong oli rikkonut maailmanennätyksen.  Kyseessä oli kaikkien aikojen kovin lyönti, sulkapallon vauhti oli 493 kilometriä tunnissa. Tan Boon Heongin aiempi, virallinen ennätys oli 421 kilometriä tunnissa."

 Tarkastellaan tilannetta vähän myös fysikaalisesta näkövinkkelistä. Nopeus on silloin muutettava SI-yksiköiksi, eli 137 m/s:ksi. Lujaa se menee samalla vauhdilla siitä huolimatta, että lukuarvo pieneni.

Sulkapallon iskulyönti lyödään ilmassa käytännössä paikallaan olevaan palloon (joka on muodoltaan kaikkea muuta kuin pallo). Suuruusluokkatarkasteluissa voidaan vielä olettaa sulkapallon ja mailan jänteiden välisen törmäyksen olevan täysin kimmoinen. Nämä olettamukset helpottavat tilanteen matemaattisen mallin käsittelyä.

Kimmoisassa törmäyksessä liikemäärä ja liike-energia säilyvät. Jos M = törmäävän mailan paino ja m = sulkapallon paino, v(1) ja v(2) mailan nopeudet ennen ja jälkeen iskun osumisen ja v sulkapallon nopeus heti osuman jälkeen, niin päästään seuraavaan yhtälöpariin.

Kun kädessä kiinni olevan mailan nopeus ei käytännössä muutu lainkaan kevyeen sulkapalloon osuessaan, niin tulokseksi saadaan, että sulkapallon lähtönopeus on kaksinkertainen mailan osumakohdan nopeuteen nähden. Mailan nopeus sen osuessa palloon on pyörein luvuin 70 m/s.

Vaikka sulkapallossa iskulyönnissä on koko kroppa mukana, niin suurin vauhti mailaan saadaan ranteella. Aloittelevien pelaajien näkee usein lyövän palloa koko kädellä. Tulos ei ole kaksinen sen paremmin pallon vauhdin kuin tarkkuuden suhteen.

Pallon kiihtyvyys iskun aikana on hurja. Lyönnin palloon aiheuttaman voiman vaikutusaikaa on aika vaikea arvioida ilman mittauksia, mutta tuskin se on 1/100 sekuntia pidempi. Keskimääräinen kiihtyvyys olisi silloin tuhannen g:n suuruusluokkaa. Tästä voi päätellä ainakin sen, että vaikka pallon rakenne näyttää heppoiselta, niin molekyylejä kiinni pitävät voimat ovat paljon suurempia kuin mailan palloon kohdistama voima. Yleensä pallot hajoavatkin sulkiin, ei pallon päähän kohdistuvista iskuista.

Myös pallon hidastuvuus lennon aikana on melkoista. Sulkapallon ilmanvastus on sen painoon nähden suuri. Siksi näinkin hurjalla nopeudella lyöty pallo ei lennä kovin kauaksi. Valistunut vain omaan kokemukseen perustuva arvaus on, että parhaimmillaankin pallon voisi saada lentämään noin 30 metriä.   Perustelen tätä sillä, että itse pystyn lyömään pallon oman puoliskon takarajalta toisen puolen takarajalle, jonne matkaa on noin13,5 metriä. Kun ilmanvastus on verrannollista nopeuden neliöön, joissakin tapauksissa jopa kuutioon, niin lujakaan alkuvauhti ei kiidätä palloa kovin kauaksi. Jos lasketaan sulkapallon keskimääräinen hidastuvuus edellä mainitun 30 metrin lennon mukaan, niin se olisi noin 20 kertaisesti putoamiskiihtyvyys g. Lisäksi on huomioitava, että alussa hidastuvuus on moninkertaista lennon loppuvaiheisiin verrattuna.

Mailan pituus ranteesta lavan iskukohtaan laskettuna on noin 50 cm. Mailan pyörimisnopeus on silloin noin 1700 kierrosta minuutissa. Tosin kierroksiahan kertyy vain noin puolikas.

Syy sulkapallon hurjaan lähtönopeuteen on siis osuman kimmoisuudessa ja pallon keveydessä. Kun pallo painaa vain 5 grammaa, niin kovin suurta liike-energiaa sille ei pystytä antamaan hurjasta nopeudesta huolimatta. Sitä lähdön hetkellä (lyönnin osuessa, ei uskonnollisena kielikuvana) on noin 50 joulea.

Luku ei varmaan sano suurimmalle osalle lukijoita mitään. Sulkapalloilijat, ainakin huipulla olevat, ovat varsin keveitä, joten verrataan pallon energiaa 50 kg painavan sulkapalloilijan liike-energiaa hänen liikkuessaan kentällä. Vastaava liike-energia palloilijalla olisi liikkuessaan vajaan 1½ metriä sekunnissa, eli aika verkkaisesti. Toisaalta sillä energialla pelaaja pääsisi hyppäämällä 10 cm:n korkeuteen. Mikä sivumennen sanoen on suunnilleen se korkeus, johon meikäläinen nykyään pääsee lyödessään iskulyöntiä sulkapallossa. Kuten lukija varmaan arvaa, niitä tästä viimeksi mainitusta ei voi vetää minkäänlaisia johtopäätöksiä siitä, mikä on pallon nopeus minun iskulyönnissäni.