Bei den Olympischen Spielen gibt es so viele Ballsportarten. Warum ist dieser die schnellste?

Haben Sie die Olympischen Spiele in Paris gesehen?

Ballsportarten sind der Höhepunkt der Olympischen Spiele.

Haben Sie beim Anschauen des Spiels jemals darüber nachgedacht?

In so vielen Ballsportarten

Welcher Ball hat die höchste Geschwindigkeit?

Welcher Ball fliegt am weitesten?

Das ist der „König“ der Ballgeschwindigkeit?

Bei allen Ballsportarten wird ein Ball mit Händen, Füßen, Schläger oder Racket geschlagen. Die Unterschiede in Größe, Form und Gewicht der Bälle sorgen für unterschiedliche Geschwindigkeiten und Flugbahnen.

Die Frage ist also: Welcher Ball ist bei diesen Ballsportarten der schnellste? Ist es der spannende Fußball, das schweißtreibende Tennis oder das Tischtennis, das so schnell ist, dass man seine Flugbahn nicht sehen kann?

Die Antwort ist tatsächlich: Badminton, das am wenigsten wie ein Ball aussieht!

Der derzeit offiziell vom Guinnessbuch anerkannte schnellste Badminton-Rekord stammt vom dänischen Spieler Kolding. Am 10. Januar 2017 schlug Kolding in einem offiziellen Spiel der Indian Super Badminton League einen Smash mit einer Geschwindigkeit von 426 km/h (ca. 118 m/s). was bedeutet das? Die höchste Geschwindigkeit des Badmintons in diesem Rekord ist schneller als die maximale Betriebsgeschwindigkeit des Elektrotriebzuges „Fuxing“ (400 km/h).

Bildquelle: Physik des Ballsports

Die maximale Geschwindigkeit verschiedener Ballsportarten

Warum kann Badminton so schnell fliegen? Der Grund ist eigentlich nicht kompliziert. Dies liegt vor allem daran, dass Badminton relativ leicht ist (nur 5 Gramm schwer) und der Schläger lang genug ist (nicht länger als 680 mm).

Bildquelle: Annu. Rev. Fluid Mech

Grundlegende Parameter verschiedener Bälle wie Größe, Gewicht und Geschwindigkeit

Die Bewegung einer Kugel in der Luft wird oft nur durch Luftwiderstand und Schwerkraft beeinflusst und ihre Geschwindigkeit nimmt im Allgemeinen nur allmählich ab (Ausnahmen sind z. B. Basketball). Um die größtmögliche Geschwindigkeit zu erreichen, muss der Ball in dem Moment, in dem er den Kontaktpunkt des Sportlers verlässt, die maximale Beschleunigung erreichen . Im Vergleich zu Tennisbällen, Fußbällen und anderen Kugeln ist Badminton sehr leicht, sodass die gleiche Kraft, die auf ihn einwirkt, eine größere Beschleunigung erzeugt.

Bildquelle: Physik des Ballsports

Golf- und Badmintonschwünge

Der "fliegendste" Ball - Golf

Der Golfball ist der Ball, der am weitesten fliegt , und ein einzelner Schlag kann mehr als 200 Meter weit fliegen. Ein Standard-Golfplatz verfügt in der Regel über 18 Löcher, mit einer Gesamtlänge von 6.002 bis 6.400 Metern und einer Fläche von 50 bis 75 Hektar (1 Hektar = 10.000 Quadratmeter). Die tatsächliche Größe hängt vom Gelände des Kurses ab.

Darüber hinaus hat Golf auch die Grenzen der Erde überschritten und ist zum ersten interstellaren Ballsport geworden. Am 6. Februar 1971 schwang Alan Shepard, ein Astronaut der Apollo-14-Mission, einen Schläger und schlug einen Golfball auf dem Mond. Damit war er der erste und bislang einzige Mensch, der auf dem Mond Golf gespielt hat.

Bildquelle: NASA-Astronaut Allen spielt Golf auf dem Mond

Bei Golfbällen gibt es ein überraschendes Phänomen: Je glatter der Golfball, desto weiter fliegt er.

Wir alle glauben, dass die Kugel die vollkommenste Form ist. Je glatter die Oberfläche, desto geringer ist die Reibung zwischen der Kugel und der Atmosphäre während des Fluges. Bei gleicher Kraft müsste es weiter fliegen. Beim Golf ist das jedoch nicht der Fall.

Bildquelle: „50 Jahre Golf“ Die Entwicklung des Golfsports

In dem Buch „Die wunderbare Wissenschaft der Flüssigkeitsbewegung“ von Professor Mao Genhai findet sich folgende Statistik: Unter den gleichen Bedingungen erfährt ein mit Dimples bedeckter Golfball beim Fliegen nur den halben Widerstand eines glatten Balls, seine Flugdistanz ist jedoch fünfmal so groß wie die eines glatten Balls. Wenn sich ein Objekt in einer Flüssigkeit bewegt, wird der Widerstand, der durch den Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite entsteht, als „Formwiderstand“ bezeichnet. Moderne Atom-U-Boote verwenden eine Tropfenform, um den Formwiderstand zu verringern.

Bildquelle: Science Popularization China

Wie in der Abbildung oben gezeigt, weist die vertikale Platte oben den größten Formwiderstand auf, da der „Niederdruckbereich“ dahinter am größten ist. Der Unterdruckbereich der zweiten Kugel wird bis zur Tropfenform am unteren Ende reduziert, die den geringsten Formwiderstand aufweist. Durch Experimente zur Strömungsdynamik hat man herausgefunden, dass ein glatter Ball einen kleineren Bereich mit niedrigem Druck erzeugt als ein Ball, der mit Grübchen bedeckt ist. Die unzähligen Dimples auf dem Ball können dazu beitragen, dass die Luft nahe an der Oberfläche des Balls bleibt, wodurch sich der gleichmäßige Luftstrom entlang der Oberfläche des Balls bis zu einer weiter hinten liegenden Position ausdehnen kann, bevor er sich löst.

Bild mit freundlicher Genehmigung des Luft- und Raumfahrtingenieurs Jeffrey A. Scott

Der beliebteste Ballsport - Fußball

Ob hinsichtlich Einfluss, Teilnehmerzahl oder Popularität der Veranstaltungen: Fußball ist zweifellos die Sportart Nummer eins weltweit. Da wir heute aber über die Problematik der Ballgeschwindigkeit und des Körperwiderstandes sprechen, wollen wir auch einen Blick auf den Einfluss der Nähte auf die Flugbahn des Balles werfen.

Der Jabulani-Fußball ist ein neuer Fußball, der für die Endrunde der Fußballweltmeisterschaft 2010 in Südafrika entwickelt wurde und zugleich der am meisten kritisierte Fußball der letzten Weltmeisterschaften ist. Bei seiner Markteinführung warb der Hersteller damit, dass für die Herstellung des Balls lediglich 8 Hautstücke verwendet würden, die die Innenhülle perfekt bedeckten, und dass es sich um den rundesten Fußball der Geschichte handele.

Allerdings ist dieser Ball der „Albtraum“ des Torwarts. Der Aerodynamiker Dr. Mehta schlug vor, dass „die Größe der Rauheit die optimale kritische Geschwindigkeit für das Auftreten des ‚Schmetterlingsballeffekts‘ bestimmt.“

Flugbahn des Butterfly-Balls

Ein Butterflyball ist ein Ball, der mit wenig oder keiner Rotation durch die Luft fliegt, wodurch sein Flug unvorhersehbar und für den Torwart schwer einzuschätzen ist. Das Prinzip des Schmetterlingsballs besteht darin, dass sich auf der Oberfläche des Balls Nähte befinden. Wenn während des Fluges der Luftstrom durch die Nähte strömt, entstehen stärkere Turbulenzen. Aufgrund der Links-Rechts-Asymmetrie verstärken die Turbulenzen die Ablenkkraft auf der Ballseite. Die Heckwelle schwankt von einer Seite zur anderen und der Flug wird unregelmäßig, wie bei einem flatternden Schmetterling.

Ein normaler Fußball besteht normalerweise aus 32 zusammengenähten Stoffteilen . Die Gesamtlänge und Tiefe der Stiche bestimmen die Glätte des Fußballs. Je mehr Stiche, desto gröber ist es. Bei einem herkömmlichen Fußball wird der maximale „Butterflyball-Effekt“ in der Regel bei einer Geschwindigkeit von 48 Kilometern pro Stunde erzielt.

Der Celebration-Fußball war aufgrund seiner sehr kurzen Gesamtnahtlänge der glatteste Fußball seiner Zeit. Nach aerodynamischen Tests stellte man fest, dass der Celebration-Fußball den maximalen Butterfly-Ball-Effekt erzeugt, wenn die Ballgeschwindigkeit 80 bis 88 Kilometer pro Stunde beträgt, und eine Geschwindigkeit von etwa 80 Kilometern pro Stunde ist genau die typische Ballgeschwindigkeit für Schüsse und Freistöße.