Új Ifjúság, 1984 (32. évfolyam, 1-52. szám)
1984-08-07 / 32. szám
A sport fizikája „SPORTOLOK! Tanuljatok fizikát!“ Ä meglepő javaslat jől kamatozik: a sportbeli eredményességet befolyásoló „jó technika“ mögött ugyanis rendszerint a fizikai törvények érvényesülésének felismerése és alkalmazása húzódik meg. (Sajnos, az esetek többségében csak ösztönös, nem tudatos alkalmazása.) De tény: a mechanika törvényei szabják meg a teniszlabda röppályáját éppúgy, mint a büntetőrúgás védésének esélyét, vagy a diszkosz repülési távolságát, a sífutó haladási sebességét. A századmásodpercekért vívott küzdelemben újabb és újabb technikai megoldásokat találnak ki, a legmegfelelőbb ruházatot és sporteszközt használják. Gyakori gondja a sportolóknak a legcélszerűbb, legfontosabb megoldások helyes kiválasztása, s a fontossági sorrend eldöntése sem köny- nyű: melyik tényezőnek van a legnagyobb szerepé a sikerhez. A bőrhöz tapadó ruha, a síelő testsúlya vagy az alkalmazott viasz vegyi összetétele döntő az eredményességben? Mekkora legyen a teniszütő, a fogó vagy az ütő része legyen-e nehezebb? Milyen előnyei vannak a nagyobb ütőnek? Egyszerűen csak könnyebb eltalálni vele a labdát, vagy valami más előnye is van? A fizika törvényei segítenek megválaszolni a kérdéseket. Az alapösszefüggéseket már majdnem 400 éve felismerte Galilei: a testek — például egy labda — esési ideje független a súlyától, a mérési irányba eső kezdősebességétől, és csak az esési magasságtól függ. (Ha az esési magasságot s-sel, az esési időt t-vel jelöljük, akkor s = 5. t2. Az egyenletből egyszerű kiszámolni, hogy a szabadon eső test egy má- sodperp alatt 5, két másodperc alatt 20 métert veszít magasságából, azaz ennyit esik lefelé.). Ezt az összefüggést minden labdajátékban célszerű ismerni. A futballkapus kirúgása például 20 méteres „gyertya“ után négy másodperc alatt ér földet: a mezőny- játékosoknak ennyi idejük van tehát a tá_ madás „megtervezésére*“, a helyezkedésre, a másik csapat tagjainak pedig a „védőállások“ elfoglalására. Galilei törvénye a teniszben is érvényesül. Itt a háló magassága kereken egy méter, s így a labda esési: ideje ebből a magasságból — akár rövid „stopplabdáról“, akár hosszú, az alapvonalig szálló ütésről van szó — mindössze 0,44 másodperc. Az esést időből kiszámítható az alapvonaljáték jellegzetes labdasebessége is. Ha a labda a fél pályát, azaz 12 métert 0,44 másodperc alatt teszi meg, akkor a sebessége másodpercenként 27 méter, vagyis majdnem 100 kilométer/óra. A tenisz nagyon gyors játék, különösen akkor, ha a labdát szorosan a háló magasságában „játsszák meg. Ha a labdát ennél lényegesen magasabban ütik („top-spin“), akkor a játék — a hosszabb esési idő következtében — jelentősen lelassul. Minthogy a labda a teljes pályát egy másodperc alatt teszi meg, a játékosnak mintegy két másodperc ideje marad, hogy a következő labdára felkészüljön. E két másodperc alatt esetleg a teljes pályaszélességet (10 méter) is végig kell szaladnia! Ezután következik a játék döntő pillanata: az ütő és a labda találkozása. E mozdulat sikerétől függ, hova csapódik le a másik térfélen a labda, háríthatja-e egyáltalán az ellenfél az ütést. A mozzanatból nagyon sok kérdés adódik: mennyi ideig tart egy ütés és hányszor üthető meg a labda egy óra alatt? Milyen és mekkora erő, illetve mekkora gyorsulás keletkezik az ütéskor? Némi egyszerűsítéssel mindez kiszámítható. Ha gyors játékban kereken két másodpercenként ütik meg a labdát, akkor óránként — figyelembe véve a szüneteket is — legalább ezerszer! A labda felpattanásáröl készült felvételek szerint az ütő húrjának feszülése ellenére a labda néhány centiméterrel túlnyomja a húrokat az alaphelyzeten, és ezek rugalmas erővel „lövik vissza“ a labdát. Az érintkezés időtartama mindössze 0,03 másodperc (ha a labda ütővel való érintkezésének útja 10 centiméter). Az emberi érzékelés szempontjából ez elképzelhetetlenül rövid idő, egy nagyságrenddel kisebb a reakcióidőnél Ez magyarázza, hogy a véletlent csak úgy lehet kiküszöbölni a labda visszaadásakor, ha a játékos nagyon biztonságosan tartja és vezeti a teniszütőt. Az óránkénti ezer ütés összideje is csak három másodperc. Hatvan óra játékot feltételezve is csak körülbelül három perc a „tiszta játékidő“, ha csak a labda és az ütő érintkezési idejét számítjuk. Ezek szerint az ütőnek (elsősorban a húrozásnak) nagyon rövid az élettartama Ezt a kialakuló erőviszonyok is indokolják. A rendkívül rövid ütés! idő miatt nagy erő keletkezik: mintegy 500—1000 Newton. A teniszütőt — a nagy erő ellenére is — szilárdan kell tartani. Ellenkező, eset- ’ ben további gyorsulás keletkezik, és ez az ütő berezgését, illetve a rettegett teniszkönyök fájdalmait okozza. Hasonlóan nagy erő keletkezik más sportágban is, amelyekben aránylag nehéz labdát használnak. Á futballban például — ahol a labda tömege 0,5 kilogramm — a tizenegyes rúgásakor ható erő — amikor a labda körülbelül 100 kilométer/óra sebességre gyorsul — mintegy 200 kilogrammos tömegnek felel meg. Rendkívül nagy az az energia, amelyet a kapusnak néhány centiméteres távolságon belül le kell fékeznie. A jól helyezett 11-es lövésekor a kapusnak gyakorlatilag nincs is esélye a védésre. A labdák helyezése, irányítása is a fizikai törvények témakörébe tartozik. A teniszben például a néhány századmásodpercig tartó ütés a szabadesés gyorsulásának majdnem százszorosával vezérli új röppá- lyára a labdát. Az új pálya szempontjából döntő a labda felpattanási szöge. Egv centiméternyi magassági különbség a felpattanó labda megütésében a másik térfélen 10 centiméteres hibát eredményezhet. Hasonló, centiméteres pontossággal kell „belőni“ az ütés irányát is, és mindezt néhány ezredmásodpercnyi idő alatt összeegyeztetve. Ez az oka annak, hogy a tenisz olyan nehezen megtanulható játék, s különösen eredményes gyakorlásához rendkívüli képességek kellenek. Az ütés pontosságában nagy szerepe van a teniszütő nagyságának. A napjainkban hódító „nagyfejfí“ ütők felület'e mintegy 40 százalékkal nagyobb a Hagyományosokénál. Gondolhatnánk, hogy ezzel csak a labda eltalálásának valószínűsége javyl. A fő hatás azonban nem ez. Sokkal nagyobb jelentősége van annak, hogy a nagyobb ütő használatakor megnő az ütő tehetetlenségi nyomatéka, azaz erősebben üthető meg a labda. Ezenkívül: ha a labdát nem pontosan az ütő közepével találja el a játékos, hanem az egy kicsit oldalt csúszik rajta, akkor a labda kevésbé csavarodik ez az ütővel való érintkezés ezredmásodpercében (a nagyobb tehetetlenségi nyomaték miatt). A nagyobb felületű ütővel pontosabb ütés érhető el. Hasonló a helyzet az asztaliteniszezők játékában is. Itt még az ütőborításnak is kiemelt szerepe van a labda pörgetésében, nyesésében, csavarásában. A sportban érvényesülő fizikai törvények felismerése és tudatos alkalmazása nemcsak a sportági technika csiszolását segítheti, hanem a veszélyes túlterhelések okaira is rávilágíthat. Egy-egy sportág mozgásanyagának elemzése jelentősen elősegítheti az eredmények javulását. A jó adogatás eldöntheti a mérkőzés sorsát. Stroboszkópos felvételen elemzik a te- nisziitő útját adogatáskor. A feldobott labda útja Galilei szabadesési törvényét követi m Vulkánok és az időjárás Ä vulkánok felelőssége az éghajlat, de leginkább az időjárás változásában különös hangsúllyal vetődött fel az 1980-as évek elején, hiszen két nagyméretű vulkánkitörés is követte egymást: 1980-ban az egyesült államokbeli St. Helens, majd 1982-ben a mexikói El Chichón tűzhányók kitörése. Az El Chichón erupciója páratlan méretű volt: a számítások szerint 500 millió tonna por került a Földet körülvevő légkör középső részébe (a sztratoszférába), s óriási felhőt alkotva járta körül bolygónkat. A portömeg szabad szemmel is látható volt, s az áprilisi kitörés után több hónappal is vigasztalanul szürke látóhatár borult az Egyesült Államok nyugati részére, Nyugat- Európában pedig feltűnően bíborvörössé váltak az őszi naplementék. A porfelhők megfigyelésére a korszerű technika is csatasorba állt, mozgósították a GES-E műholdat, a sztratoszférát tanulmányozó SME műholdat és több, a radar elvén működő, ám lézersugárral dolgozó lidarberendezést is. Kutatórepülőgépek is többször berepültek a vulkáni felhő 20— 21 kilométer magasan fekvő rétegeibe, míg a közönséges sugárhajtású repülőgépekkel a felhő 5—10 kilométer közötti rétegeit vizsgálták. A vulkáni felhő kialakulása során először szabályos gyűrű jött létre a Föld körül a 19. északi szélességi fok közelében, majd alig két hét leforgása alatt szinte az egész északi féltekére kiterjedt, később a déli föigömb felé vette útját. (Európa felett 1982 októberében vált láthatóvá). A portömeg felső rétege kezdetben 20— 26 kilométer közötti magasságban volt, s ebben a tartományban olykor egymással egyesülő, máskor pedig szétváló rétegek alakultak ki. Méginkább meghökkentő, hogy a felhő felső határa déli irányban egyre feljebb, egészen 32—42 kilométer közötti fantasztikus magasságba húzódott, miköz ben átlag tíznaponként kerülte meg a Földet. Józan ésszel nehéz feltételezni, hogy ilyen portömeg nem lenne hatással az ég hajlatra. Az ilyen nagy kitörések azonban meglehetősen ritkák. Amíg földi átlagban háromhetente jegyeznek fel vulkáni kitö réseket, addig a porfelhő képződésével járó nagyobb erupciók legfeljebb tízévenként követik egymást, az El Chichónéhoz hason ló óriás kitörések pedig még ennél is sok kai ritkábbak. Az óriás kitörések között tartják számon az indonéziai Tambora vul- kán 1815-ös robbanását, amely mindegy 30 köbkilométer port és törmeléket dobott a légkörbe. Egy évvel később — nem tudni, hogy csak véletlen egyezés-e — katasztrofálisan hideg volt a nyár Észak-Ameriká- ban, de Földünk más tájain is. Világszerte feltűnést keltett a Jáva-szigeti Krakatau vulkán 1883-as kitörése is, amely éveken át különleges légköri jelenségeket okozott a Földön. A Krakatauból származó finom porszemcsék a becslések szerint 80 kilométer magasságba juthattak el, és 20 százalékkal csökkentették a légkör átlátszóságát. 1912-ben az alaszkai Katmaj tűzhányó, 1955-ben pedig a Kamcsatkai Bezimjannij vulkán erupciója volt gigászi méretű. Az indonéziai Agung vulkán 1963-as kitörése után a légkör átlátszósága öt százalékkal csökkent, s már ekkor feltételezték, hogy nemcsak a porszemcsék akadályozzák a napsugarak áthatolását, hanem a vulkáni felhőben levő fényes kénsavcseppek is visz- szaverik a napfény egy részét. Az 1982-es mexikói vulkánkitörés kétmillió tonna ként szőrt szét szőkébb környezetébe, és 17 millió tonnányit juttatott a sztratoszférába. A ként és a — vulkánkitöréseknél törvényszerűen a légkörbe jutó — kéndioxid a magasban a vízgőzzel egyesülve a fény, a hideg és bizonyos katalizátorok hatására kénsavvá alakul. A St. Helens „kéntermelése“ ehhez képest törpe méretű volt. A robbanás energiája azonban még e szerényebb kitörésnél is félelmetes: egyetlen másodperc alatt mintegy 17 ezer hirnsimai atombombáénak megfelelő. Azt, hqay a vulkáni felhők miként csökkenthetik*“ egy térség átlaghőmérsékletét, ma még c$g}k bizonytalan becslések jellemzik. Egyes éghajlattan-kutatók szerint az El Chichón kitörések következtében az északi féltekén az átlaghőmérséklet mintegy két éven keresztül negyed, sőt fél fokkal is csökkenhet. Érdekes feltevések szerint az izlandi Laki 1783-as kitörése 1,3, a Krakataué 0,3, míg az Agungé 0,1 fokkal csökkentette a földkerekség átlaghőmérsékletét. Mindez persze inkább elmélkedés, mert napjainkban legfeljebb fél foknyi pontossággal lehet kiszámítani Földünk átlaghőmérsékletét. Más kérdés azonban, hogy e ma még alig mérhető kicsi változások mellett felelőssé tehetők-e az óriás kitörések a ciklonokért, nyári hóviharokért? Egyes meteorológusok az Egyesült Államok keleti részén mért hidegrekordokat és a Sierra Nevada rendhagyó havazásait máris az El Chichón kitörésére vezetik vissza. Más klimatológu- sok szerint a nagy vulkáni felhők megváltoztathatják az általános légköri cirkulációt, hatást fejthetnek ki arra a frontra, amely a sarkvidékek hideg légtömegét s trópusoktól elválasztja, s ez látszólag független, egymásnak ellentmondó időjárási jelenségeket okozhat. A sok bizonytalanságon a jövőben csak az változtathat, ha létrehozzák az egész világot átfogó mérőhálózatot, amely minden hónapban előkészíti a pontos középhőmérséklet világtérképét.
