¿Cuál es la física detrás de los tiros icónicos de Roger Federer y Rafael Nadal?

Dos jugadores icónicos del tenis, Roger Federer y Rafael Nadal , con dos golpes icónicos. Uno con top spin de derecha y otro con slice de revés .

Quiero entender la física de estos dos tiros.

El golpe de derecha top spin de Nadal, aunque parece que (la pelota) podría pasar por encima de la línea de base cuando se juega, aterriza bien dentro de ella y luego salta con un rebote enormemente amplificado.
El golpe de revés de Federer, aunque parece que podría aterrizar en la mitad de la cancha, aterriza justo dentro de la línea de base y se desliza con un rebote enormemente atenuado.

Que yo sepa, los dos tiros se comportan de la forma en que lo hacen debido a la relación entre la velocidad de la pelota, la fricción con el aire y la diferencia de presión entre la parte superior e inferior.
Por la física básica, sé que, a medida que aumenta la velocidad, la presión disminuye. Un ejemplo que aprendí en la clase de física: si te paras demasiado cerca de un tren en movimiento rápido, serás absorbido. Debido a la alta velocidad del tren, la presión en el frente disminuye mientras que la presión en tu espalda es constante y, por lo tanto, te estás moviendo hacia el tren.

Aplicando el mismo concepto, el golpe de derecha top spin de Nadal hace que la pelota gire en el sentido de las agujas del reloj. Entonces, la mitad superior se opone al aire, mientras que la mitad inferior lo ayuda. Más presión desde arriba, menos presión desde abajo, por lo que se sumerge rápidamente en el suelo.
Exactamente lo contrario con el corte de revés de Federer. La bola gira en sentido contrario a las agujas del reloj, la mitad superior ayuda al aire y la mitad inferior se opone. Menos presión desde arriba, más presión desde abajo. Entonces se mantiene a flote por más tiempo.

Si me equivoco con mi física hasta aquí, corrígeme.

Mi verdadera duda es, ¿por qué la pelota, después de lanzar, rebota más (para Nadal) y menos (para Federer)? ¿Alguien puede explicar esta física? Supongamos que están jugando en una cancha de arcilla.

Aquí hay un enlace a los mejores cortes de revés de Roger Federer. En el video, primero hay una serie de cortes planos que se recuperan debajo de las rodillas, mucho más abajo que la red. En el siguiente par de tomas, hay una parte descabellada que desaparece después de aterrizar.
Aquí está el golpe de derecha con topspin de Nadal Ver el segundo punto en 0.20. Mira de dónde saca Federer ese tiro, cerca de su cabeza.

PD : Por cierto, Andy Roddick tiene el mejor revés cortado en el juego masculino, pero la inclusión de Federer fue para un efecto dramático. CABRA sin embargo.

Mecánica newtoniana.
¡Buena pregunta! Sería aún mejor si pudieras incluir una imagen gif de las tomas que tienes en mente.
Yo pensaría que la bola de Nadal entra en un ángulo más grande (menos plano) que la de Federer (video por favor) y que esto provoca "más" rebotes. Creo que el efecto del giro en el rebote podría ser opuesto al efecto del ángulo (dependiendo del agarre), pero ciertamente menor.
Por otra parte, la parte inferior de la pelota de Federer tiene una velocidad más alta que la de Nadal, debido al giro hacia atrás. Entonces, la pelota de Federer perderá mucha energía debido a la fricción (horizontal) (¿incluir etiqueta?) con el suelo. Energía que ya no puede entrar en el rebote. Entonces, el efecto de giro sobre rebote también parece contribuir (y no es opuesto al efecto de ángulo). Tenga en cuenta que no estoy respondiendo, solo adivinando. :)
Intentaría vincular un video/gif de YouTube después de volver a casa del trabajo. Pronto
@aufkag, su segundo comentario podría ser una buena suposición porque el ángulo con el suelo tendría un efecto pequeño ya que ambos tiros se juegan a la altura de la rodilla y sobre la red
Enlaces ahora muertos :(

Respuestas (1)

Tienes toda la razón en que el cambio de dirección de la pelota de tenis se debe a la diferencia de presión entre la parte superior e inferior de la pelota. A continuación se muestra un ejemplo de un tiro top-spin con la pelota moviéndose de izquierda a derecha.

Flujo de aire alrededor de la bola giratoria y curva resultante

La velocidad del aire que pasa la pelota en la parte superior es más lenta que en la parte inferior de la pelota. Puedes ver esto sumando las flechas azul y amarilla en la parte superior e inferior de la pelota. Dado que un flujo más rápido crea una presión más baja, habrá una diferencia de presión entre la parte superior e inferior de la bola, con una presión alta en la parte superior y baja en la parte inferior. Esto forzará a la bola a la derecha de su movimiento (hacia abajo en este ejemplo).

Aquí puedes ver las líneas aerodinámicas alrededor de la pelota:

Efecto Magnus

Cuanto más cerca estén las líneas de corriente , más rápido será el flujo. El flujo se mueve más rápido en la parte inferior de la bola ya que las líneas de corriente están más cerca.

Ahora a tu pregunta específica de por qué rebota de manera diferente. Veamos las fuerzas sobre la pelota en back-spin:

Fuerzas sobre la bola

Cuando la pelota golpea el suelo en el otro lado de la cancha, la velocidad vertical hacia arriba (velocidad de movimiento hacia arriba) con la que deja el suelo es proporcional a la velocidad vertical hacia abajo (velocidad de movimiento hacia abajo) con la que golpea el suelo. Hay dos fuerzas en la dirección hacia arriba y hacia abajo en la pelota: la fuerza gravitatoria y la fuerza de sustentación como se ve en la imagen de arriba. En un tiro con giro hacia atrás, la fuerza de sustentación aumenta. Si solo observamos la velocidad de la pelota en la dirección vertical, puede ver que la pelota caerá más lentamente al suelo ya que hay una fuerza adicional sobre la pelota hacia arriba. Por lo tanto, la pelota golpeará el lado opuesto de la cancha con menos velocidad vertical y, por lo tanto, no rebotará tan alto como "habitualmente". Lo contrario es cierto para un tiro top-spin. El top-spin aumenta la fuerza hacia abajo y aumenta la velocidad con la que golpea el suelo, ya que las fuerzas aerodinámicas y gravitatorias empujan la pelota hacia abajo. Esto aumenta la altura de rebote. (Tenga en cuenta que he ignorado el hecho de que la dirección de la fuerza de sustentación es perpendicular al movimiento y no a la gravedad. Pero dado que la pelota se mueve perpendicular a la gravedad la mayor parte del tiempo, esta es una buena suposición y una forma de mostrar la física).

También existe el efecto de fricción cuando la pelota toca el suelo. Esto cambia la trayectoria de la pelota y tendría el efecto percibido opuesto en la altura de rebote como se indicó anteriormente:

Rebote de pelota de tenis con giro

El cambio en la dirección de la pelota no afecta la altura del bote tanto como la diferencia en la velocidad vertical cuando la pelota golpea el suelo. Tenga en cuenta que este equilibrio de efectos depende en gran medida de la velocidad de la pelota. Dado que los profesionales del tenis golpean la pelota a una velocidad muy rápida, las fuerzas de presión tienen un efecto mayor que las fuerzas de fricción cuando la pelota toca el suelo. Cuando los aficionados juegan al tenis, pueden hacer girar la pelota con la misma velocidad de rotación pero sin que la velocidad horizontal provoque una gran curvatura de la pelota. Esto provocaría un rebote más alto con back-spin y más bajo con top-spin. Como en todo, es un equilibrio de fuerzas.

Buena respuesta. Esto se conoce como el "efecto Magnus". Una vez que sepa ese nombre, puede googlear su corazón... de hecho, una de sus imágenes es la primera que aparece cuando usa ese término de búsqueda.
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