av: David Feldthusen Grundläggande aerodynamik För att få en bra bakgrund och därmed lättare förståelse för fortsättningen krävs en viss genomgång av grundläggande aerodynamik. Enkelt uttryckt finns det tre starka krafter som påverkar bollen när den ska lyfta och flyga: · Lyftkraften, hjälper till att lyfta bollen · Luftmotståndet, hindrar framfarten · Tyngdkraften, ser till att bollen återvänder till marken. Lyftkraften Den lyftkraft som påverkar helikoptrar och flygplan liksom golfbollar uppkommer genom att kroppen utsätts för ett övertryck på undersidan och ett undertryck på ovansidan. När det gäller flygplansvingen har man uppnått detta genom att göra övre delen på vingen konvex (välvd uppåt) och den undre delen plan. I och med detta får luften som passerar översidan av vingen högre fart än den som passerar under, eftersom de båda luftströmmarna möts på samma ställe bakom vingen, men har olika lång väg. David Bernoulli var vetenskapsman och fysiker. Han levde någon gång på 1700-talet och studerade just luftströmmar kring olika formade kroppar. Efter många års arbete och otaliga experiment formulerade han följande sats: "En långsam luftström orsakar ett högt lufttryck och en snabb luftström orsakar ett lågt lufttryck". Utifrån denna sats kan vi alltså konstatera att luften på ovansidan som ju hade en högre hastighet skapar ett undertryck, medan luften på undersidan skapar ett övertryck. Om hastighetsskillnaden är tillräckligt stor mellan de två strömmarna i förhållande till flygplanets storlek så kan det lyfta. Att Bernoullis sats verkligen stämmer kan visas med ett enkelt experiment: Material: En pappersremsa, ca. 30 cm lång Utförande: Sätt remsan mot underläppen och blås ovanför pappret. Iakttagelser: Pappret reser sig, och står till slut nästan rakt ut. Förklaring: När man blåser ut luft ovanför pappret får ovansidans luftlager högre hastighet än undersidan. Enligt Bernoullis sats skulle det då bildas ett undertryck, som skulle åstadkomma en lyftkraft, vilket stämmer med iakttagelserna. Samma fenomen uppkommer faktiskt runt en golfboll, även om det där inte är lika tydligt. Men en förutsättning för att fenomenet ska ske, är att bollen har en viss backspin, dvs att en punkt på bollens yta roterar nerifrån, mot färdriktningen, upp och därefter tillbaka ner igen. Utan den skulle bollen dimpa ner betydligt tidigare. Följande tre krafter påverkar alltså bollen: Men vad skapar då lyftkraften hos golfbollen? Bollen är ju rund och inte formad som en vinge? Jo, hemligheten ligger i dess backspin. När bollen lämnar det vinklade klubbhuvudet vid slaget har den en hastighet på runt 250 km/h Den trycks också ihop omkring tre till fyra millimeter i träffögonblicket, olika mycket beroende på kompressionen (se "material") Kraften i träffen gör att den börjar rotera baklänges, backspin. När bollen roterar drar ytan med sig ett luftlager, men eftersom bollen också har fart framåt så kommer denna luftström att bromsas på undersidan av "fartvinden", dvs. den omgivande luften som bollen passerar igenom. Samtidigt får luftströmmen extra fart på ovansidan, då den följer med fartvinden. Detta leder alltså till att luftströmmarna på undersidan får lägre hastighet, medan strömmarna på ovansidan får högre hastighet, och därmed är Bernoullis villkor (se tidigare) för lyftkraft uppfyllt. Men om man istället har en stillastående boll, skulle det inte skapas någon lyftkraft då? Svaret är nej. Eftersom luftströmmarna runt bollen då varken skulle bromsas eller få någon extra fart så blir det ingen hastighetsskillnad mellan ovansidans och undersidans strömmar och ingen lyftkraft skulle uppstå. Eftersom det var ytan som drog med sig ett luftlager, så borde även ytans utformning ha betydelse för lyftkraften. Så är det också. Om man tänker sig en absolut helt slät boll (någon sådan existerar inte rent praktiskt, så man får tänka sig det rent teoretiskt) som man gett både fart framåt och backspin. Om ytan inte har några ojämnheter som kan gripa tag i luftmolekylerna, så kan heller ingen luftström dras med, och därmed uppkommer heller ingen lyftkraft. Däremot en boll med ännu mer ojämn yta skulle dra med sig en kraftigare ström och därigenom orsaka en större lyftkraft. Det är här dimplarna kommer in. Det är alltså en av anledningarna till att man har dessa gropar i bollarna. Men då borde man ju kunna få jättestor lyftkraft om man har många, stora fördjupningar? Jo visst, men en boll som sticker rakt upp efter slaget flyger heller inte särskilt långt. Dessutom skulle man få en betydligt större bromsande kraft, luftmotståndet. Luftmotstånd Eftersom det inte går att få en helt slät yta på en kropp, så kommer de yttersta partiklarna på kropppen att gripa tag i luftens molekyler. Vid varje sådan kontakt kommer kroppens hastighet att minska och det som vi kallar luftmotstånd har uppkommit. Men luftmotstådet på en klotformig kropp beror inte bara på att ytan är ojämn, utan orsakas även av de luftvirvlar som uppkommer i "kölvattnet". Att virvlarna uppkommer beror på att den förbipasserade luftens molekyler inte hinner täcka upp det "luftfattiga" utrymme som bildas bakom bollen. Istället försöker luften utjämna skillnaden efteråt och alltså vänder luftmolekylerna en bit efter de har passerat, och resultatet blir alltså luftvirvlar. Dessa luftvirvlar ger upphov till ett slags sug efter bollen, som därav minskar sin hastighet. Luftagret runt en slät kropp kallas laminärt. När det gäller golfbollen har man för att minska dessa virvlar gjort det yttre lagret ojämnt. Dessa ojämnheter åstadkommer ett turbulent luftlager, dvs. ett lager som består av många små virvlar som kan följa bollens krökning och tillåter alltså fartvinden att bättre täppa till utrymmet bakom bollen. När det lufttomma utrymmet minskar, minskar också virvlarna och bollen, som då inte sugs tillbaka lika mycket, flyger längre. För trettio år sedan hade en golfboll generellt sett 336 dimples. I dag är medeltalet 442 dimples. Som mest handlar det om 518 dimples på en boll. Däremot kommer inte utvecklingen av dimples att påverka längden på bollen lika mycket i framtiden. Utan det är istället materialet som blir allt viktigare.

Tillbaka till "bollar"