Será Que o Hawk-Eye ou Desafio Num Jogo de Tênis é Confiável?/Is the Hawk-Eye or Tennis Game Challenge Reliable?*

Devemos Crer Nos Resultados Apresentados Pelo Hawk-Eye ou Desafio no Tênis?

Se Você Acredita Que Sim, Então Não Perca Seu Tempo Lendo Essa Matéria!

Olá tenista!

Muito se fala sobre a tecnologia Hawk-Eye para avaliação das chamadas duvidosas dos juízes num jogo de tênis.

Em função dessa dúvida, o TenniScience achou por bem fazer algumas considerações com base nos dados obtidos do próprio desenvolvedor e de alguns sites da área.

O Autor, que é pouco curioso, há alguns anos atrás, enviou um email para o desenvolvedor em Londres, perguntando sobre o erro médio, moda, mediana, variância e desvio padrão.
Após o terceiro email, recebeu a seguinte informação:

Dear Franco,

Apologies for the delay in my reply, I hope the information below is of help.

1. The International Tennis Federation certified the use of the system as an official aim, and therefore they set out some strict criteria. It is appreciated that there is 'error' in all technologies/studies/data collection, and therefore the guidelines were as follows:
    a). Mean error <5mm (we achieved 3.6 mm)
    b). No 1 measurement error >10mm.
    c). 100% of calls to be correct in terms of whether the ball was IN or OUT.
             
Exact criteria can be obtained from the ITF directly.

We now also achieve better than 3.6 mm. 
  
Best Regards
Gemma Voyce
Hawk-Eye Innovations
Unit C The Apex Centre
Church Lane
Colden Common
Winchester SO21 1TN 

Hoje, lendo artigos na internet e ouvindo transmissões de televisão, fala-se em erros dos mais variados, todavia nenhuma informação oficial foi obtida pelo Autor, além do email acima.

Para maiores informações sobre o funcionamento do sistema em pauta, acesse o link abaixo:

https://www.hawkeyeinnovations.com/sports/tennis

Inicialmente vamos nos concentrar no email respondido pela própria Hawk-Eye e tecer algumas considerações sobre o mesmo.

No item (a) é dito que o erro médio é menor do que 5 mm e atingiram 3,6 mm.
O item (b) assegura que não houve nenhum erro medido maior que 10 mm.
Já o item (c) informa que em 100% das vezes as chamadas foram creditadas corretas em bolas que foram consideradas boas ou fora.
Não é preciso ser muito inteligente para perceber que as informações enviadas são inconsistentes e confusas, por deslize do informante ou por intenção, evitando assim sabermos exatamente a acuracidade do equipamento.

De qualquer forma, vamos estabelecer que o erro médio que o equipamento apresenta é de 4,9 mm (< 5 mm), apesar de terem afirmado que atingiram 3,6 mm.
Também não é fornecido o desvio padrão, ou seja, o erro em relação à média.
Dessa forma, vamos estabelecer que o desvio padrão seja zero, o que raramente ocorre numa medição.

Podemos agora, verificar as dimensões oficiais das quadras, conforme publicado pelo site da ITF.

Curiosamente, a ITF apresenta as dimensões oficiais da quadra, mas não tece considerações sobre os erros de medidas aceitáveis.

Fonte:https://www.itftennis.com/media/2510/2020-rules-of-tennis-english.pdf

A ITF  informa, com base na fonte acima, que as dimensões, ou melhor, as larguras das linhas, devem ser as seguintes:
  1. Linha de centro do serviço: 2 polegadas ou 50,80 mm.
  2. As demais linhas deverão ser entre 1 polegada (25,4 mm) e 2 polegadas (50,80) mm de largura.
  3. A linha de base poderá ter até 4 polegadas (101,6 mm) de largura.
De posse dessas informações, podemos agora avaliar o grau de acerto do Hawk-Eye ou Desafio.

Como as linhas laterais, a de centro e a que fecha o retângulo da zona de serviço, são as que mais se apresentam, vamos nos concentrar nas mesmas para nossas avaliações. Essas linhas têm 50,80 mm de largura.
Poderíamos utilizar as larguras de 1 polegada (25,4 mm), que favoreceriam e muito nossos cálculos, mesmo estando dentro dos padrões definidos pela ITF.

O que representa 4,9 mm em uma linha com largura de 50,80 mm?

Proporção em % = 4,9/50,80 x 100 = 9,64%

Será que 9,64% é pouco ou muito numa medição?

Podemos fazer uma comparação de tal variação como por exemplo, numa construção civil em um prédio sendo erigido.

Suponhamos que o tal prédio tenha, no primeiro andar, uma frente de 20,00 m por 30,00 m de lateral e tais medidas apresentam erros desprezíveis.

Considerando uma variação de 9,64%, o segundo andar poderia ter uma frente de 21,93 m (20,00 x 9,64%) e uma lateral de 32,89 m (30,00 x 9,64%).

O terceiro andar poderia ter 24,04 m (21,93 x 9,64%) de frente e 36,06 m (32,89 x 9,64%) de lateral, considerando a mesma variação de 9,64%.

E assim por diante!

Claro que estamos assumindo que o erro vá se acumulando ao longo dos andares, mas é apenas uma brincadeira para os leitores terem ideia do tamanho do estrago quando o erro de medida é grande.

Parece um absurdo, mas proporcionalmente é isso que o equipamento em tela oferece aos presentes nas quadras e aos telespectadores, quando é solicitado.

Agora, imagine um prédio de 20, 30, 50 ou 100 andares.
O erro aceitável nesses casos tem que ser o menor possível, caso contrário o desastre seria eminente.

É importante ter em mente que em metrologia não há medida perfeita, ou por força do equipamento, do medidor, das condições climáticas ou outras causas quaisquer.

Vamos fazer uma outra comparação, imaginemos uma régua de 100 cm ou um metro.
Essa régua ou trena, comumente utilizada por todos nós, tem uma graduação em centímetros e milímetros. Cada centímetro é dividido em 10 milímetros, ou seja, podemos medir qualquer coisa que tenha pelo menos 1 milímetro.

Imaginemos agora a régua proposta pelo Hawk-Eye.
Como o erro proposto é menor do que 5,0 mm, ou seja 4,999999...., podemos para efeito de demonstração, dizer que a menor graduação da régua do Hawk-Eye é de 5,0 mm.
Dessa forma a régua Hawk-Eye em um metro, ou 100 cm ou 1.000 mm, teria uma graduação mínima de 1000/5 = 200, ou melhor, 200 partes de 5,0 mm cada.

Em outras palavras, a régua padrão é dividida em 1.000 graduações de 1 mm cada e a régua Hawk-Eye é dividida em 200 graduações de 5,0 mm cada.

Não há como medir uma bactéria com uma trena!

A título de curiosidade, à luz da Ciência de hoje, o menor comprimento teórico que podemos atingir é o comprimento de Planck ou seja, 1,61619997 x 10-35
de metro.
Abaixo desse valor nossa Física atual não consegue explicar o que corre, ela simplesmente desaba.
É por isso que ainda não chegamos ao Big-Bang no seu tempo zero. 

Quando estiver assistindo um jogo de tênis e alguém comentar que sobre o Hawk-Eye e sua acuracidade, pergunte, você tem um "tempinho"?

Um forte abraço
Franco Morais
www.tenniscience.com.br 


Should We Believe in the Results Presented by the Hawk-Eye or Tennis Challenge?*

If you believe so, then don't waste your time reading this article!


Hello tennis player!

Much is said about Hawk-Eye technology to assess the dubious calls of judges in a tennis game.

Due to this doubt, TenniScience decided to make some considerations based on the data obtained from the developer himself and from some sites in the area.

The Author, who is not very curious, a few years ago, sent an email to the developer in London, asking about the average error, fashion, median, variance and standard deviation.


After the third email, he received the following information:

Dear Franco,

Apologies for the delay in my reply, I hope the information below is of help.

1. The International Tennis Federation certified the use of the system as an official aim, and therefore they set out some strict criteria. It is appreciated that there is 'error' in all technologies/studies/data collection, and therefore the guidelines were as follows:
    a). Mean error <5mm (we achieved 3.6 mm)
    b). No 1 measurement error >10mm.
    c). 100% of calls to be correct in terms of whether the ball was IN or OUT.
             
Exact criteria can be obtained from the ITF directly.

We now also achieve better than 3.6 mm. 
  
Best Regards
Gemma Voyce
Hawk-Eye Innovations
Unit C The Apex Centre
Church Lane
Colden Common
Winchester SO21 1TN 

Today, reading articles on the internet and listening to television broadcasts, there is talk of the most varied errors, however no official information was obtained by the Author, other than the email above.

For more information on the operation of the system in question, access the link below:

https://www.hawkeyeinnovations.com/sports/tennis

Initially we will focus on the email answered by Hawk-Eye itself and make some considerations about it.

In item (a) it is said that the average error is less than 5 mm and reached 3.6 mm.

Item (b) ensures that there was no measured error greater than 10 mm.

Item (c) informs that 100% of the times the calls were credited correctly in balls that were considered good or out.

It is not necessary to be very intelligent to realize that the information sent is inconsistent and confusing, due to the informant's slip or intention, thus avoiding knowing exactly the accuracy of the equipment.

Anyway, we will establish that the average error that the equipment presents is 4.9 mm (<5 mm), despite having stated that it reached 3.6 mm.

The standard deviation is also not provided, that is, the error in relation to the mean.

In this way, we will establish that the standard deviation is zero, which rarely occurs in a measurement.

We can now verify the official dimensions of the courts, as published on the ITF website.

Interestingly, the ITF presents the official dimensions of the court, but does not consider the errors of acceptable measures.

Source: https://www.itftennis.com/media/2510/2020-rules-of-tennis-english.pdf

The ITF informs, based on the source above, that the dimensions, or rather, the widths of the lines, must be as follows:

Service centerline: 2 inches or 50.80 mm.
The remaining lines must be between 1 inch (25.4 mm) and 2 inches (50.80) mm wide.
The baseline can be up to 4 inches (101.6 mm) wide.
With this information, we can now assess the degree of correctness of the Hawk-Eye or Challenge.

As the lateral lines, the center line and the one that closes the service area rectangle, are the ones that present the most, we will focus on them for our evaluations. These lines are 50.80 mm wide.

We could use the widths of 1 inch (25.4 mm), which would greatly favor our calculations, even being within the standards defined by the ITF.

What does 4.9 mm represent in a 50.80 mm wide line?

Proportion in% = 4.9 / 50.80 x 100 = 9.64%

Is 9.64% too little or too much in a measurement?

We can make a comparison of such variation, for example, in a civil construction in a building being erected.

Suppose that the building has, on the first floor, a front of 20.00 m by 30.00 m from the side and such measures have negligible errors.

Considering a variation of 9.64%, the second floor could have a front of 21.93 m (20.00 x 9.64%) and a side of 32.89 m (30.00 x 9.64%).

The third floor could be 24.04 m (21.93 x 9.64%) from the front and 36.04 m (32.89 x 9.64%) from the side, considering the same variation of 9.64%.

And so on!

Of course we are assuming that the error will accumulate along the floors, but it is just a joke for readers to have an idea of ​​the size of the damage when the measurement error is large.

It seems absurd, but proportionally this is what the equipment on screen offers to those present on the courts and to viewers, when requested.

Now, imagine a 20, 30, 50 or 100-story building.

The acceptable error in these cases has to be as small as possible, otherwise the disaster would be imminent.

It is important to keep in mind that in metrology there is no perfect measurement, either due to the equipment, the meter, the climatic conditions or any other causes.

Let's make another comparison, imagine a ruler of 100 cm or a meter.

This ruler or measuring tape, commonly used by all of us, has a graduation in centimeters and millimeters. Each centimeter is divided into 10 millimeters, that is, we can measure anything that is at least 1 millimeter.

Now imagine the ruler proposed by the Hawk-Eye.

As the proposed error is less than 5.0 mm, ie 4.999999 ...., we can, for the purpose of demonstration, say that the lowest graduation of the Hawk-Eye ruler is 5.0 mm.

Thus, the Hawk-Eye ruler in one meter, or 100 cm or 1,000 mm, would have a minimum graduation of 1000/5 = 200, or better, 200 parts of 5.0 mm each.

In other words, the standard ruler is divided into 1,000 graduations of 1 mm each and the Hawk-Eye ruler is divided into 200 graduations of 5.0 mm each.

There is no way to measure bacteria with a measuring tape!

As a curiosity, in the light of today's science, the shortest theoretical length we can reach is the Planck length, that is, 1.61619997 x 10-35 meter.

Below this value, our current Physics cannot explain what is going on, it simply collapses.

That is why we have not yet reached the Big Bang in its zero time.

When you are watching a tennis game and someone comments on the Hawk-Eye and its accuracy, ask, can we talk a little bit?

Best regards
Franco Morais
www.tenniscience.com.br

O Que Provoca Mais Spin na Bola?/What Causes the Most Spin on the Ball?*

Será Que WD-40 Provoca Aumento de Spin em Uma Bola de Tênis?

Se Você Acredita Que Isso Não Possa Ocorrer, Então Não Perca Tempo Lendo Esse Artigo!

Olá tenista!

Muito se escreve sobre diversas maneiras de incrementarmos topsin numa bola de tênis, mas poucos artigos foram tão fundo nessa questão.

Pesquisando matérias sobre o assunto em pauta, encontrei um artigo em inglês publicado por dois japoneses que merece ser considerado.
A seguir vou apresentar um resumo da matéria e do que considerei mais relevante para os nossos leitores.
No final da página será inserido o link para quem desejar se aprofundar mais sobre a publicação.

A matéria é complexa e longa, além exigir bons conhecimentos de Física e Matemática avançadas.

Os Autores são Yoshihiko Kawazoe e Kenji Okimoto e pertenceram ao Department of Mechanical Engineering, Saitama Institute of Technology, Saitama, Hiroshima, Japan, quando a matéria em pauta foi publicada.

Kawazoe é engenheiro e possui doutorado pela Universidade de Tóquio.

A quantidade de artigos técnicos publicados por ambos autores e em especial  as citações sobre os mesmos realmente impressiona.

Os autores iniciam a matéria discorrendo sobre o incremento de topspin obtido por lubrificação nos encordoamentos já usados ou parcialmente gastos e a questão dos "notches", marcas ou entalhes, que ocorrem na interseção entre as cordas.

Para as análises, foi utilizada uma câmera de vídeo de alta velocidade produzindo 10.000 quadros/segundo.
Para quem desconhece, uma filmadora comum produz algo em torno de 24 quadros/segundo.

Ao contrário que a teoria convencional apregoa sobre spin, os autores demonstram que quando os encordoamentos longitudinais, os mais longos, são esticados e retornam à posição anterior através da lubrificação, a bola é impulsionada com muito maior spin após o contato ser realizado.
Os autores sugerem que o movimento das cordas longitudinais ou as mais longas é que promove a rotação da bola.

Mais spin produz maior tempo de contato entre a bola e o encordoamento, resultando em redução de vibrações durante o impacto com a bola de acordo com os experimentos realizados no sistema raquete-braço.

Na foto abaixo podemos notar claramente o que os redatores denominam de "notches" ou entalhes no encordoamento.



Sem mais delongas, vamos ao resumo das experiências realizadas.

No gráfico abaixo podemos observar os resultados de laboratório obtidos através de encordoamentos usados ou parcialmente gastos, com lubrificante e sem o mesmo.




Nota-se que a diferença entre os encordoamentos usados com e sem lubrificação é surpreendente, no que tange ao rpm (rotações/minuto) da bola, da ordem do dobro e favorável ao encordoamento com lubrificação

Na figura 10 abaixo, temos vários gráficos que comparam rotações, tempos de contato e velocidades de saída da bola nas diversas condições de encordoamentos:


O quadro comparativo revela fatos extremamente interessantes e promissores.

No quadro (a), fica clara e nítida a diferença da rotação da bola entre encordoamentos novos, usados lubrificados e não lubrificados.
Entre os dois últimos, fica a clara a vantagem dos usados e lubrificados.

No quadro (b), por incrível que pareça, os tempos de contato com a bola dos encordoamentos novos e os lubrificados usados são praticamente os mesmos.

No quadro (c), observamos que a velocidade de saída da bola no caso do encordoamento usado e sem lubrificação é a maior, inclusive superando o encordoamento novo. O encordoamento lubrificado e usado, supera o encordoamento novo na variável velocidade de saída da bola.

O Autor do blog, gostaria de deixar dois comentários.

O primeiro é que em Wimbledon no ano passado, Roger Federer foi flagrado pelas câmeras utilizando "string ling" ou fixador de cordas, muito apreciado  nos anos '70 e '80 por inúmeros tenistas.
Se Federer desejava acelerar a bola e reduzir o spin, acertou na mosca!
Perdeu a Final no quinto set e no tie-breaker por 7 a 3.
O "string ling" não permite que as cordas da raquete se movam, aumentado a velocidade da bola e reduzindo o spin.
É o caso semelhante da figura 10 no item (c) onde fica demonstrado que as cordas com "notches" ou entalhes, produzem maior velocidade de saída da bola.

O segundo comentário está relacionado com o testes de laboratório realizados por Kawazoe e Okimoto.
Porque não foram realizados testes com encordoamentos novos lubrificados, comparados com os demais?

É uma boa pergunta e a resposta fica para os leitores do blog pensarem um pouco.

Enquanto no nosso país, muitos técnicos, professores e instrutores de tênis ministram suas aulas dizendo "vamos garoto", "linda bola", "mexa os pés", "vai nela" e demais curiosos incentivos, sem explicar o porquê do motivo do gesto ou movimento, existem pessoas no primeiro mundo tratando o assunto com seriedade e aplicando a Ciência em prol do desenvolvimento do esporte.

Quando alguém lhe perguntar se há um meio de aumentar o spin, pergunte, você tem um "tempinho"?

Um forte abraço
Franco Morais
www.tenniscience.com.br

Fonte: Tennis Top Spin Comparison between New, Used and Lubricated Used Strings by High Speed Video Analysis with Impact Simulation



Does WD-40 Spin Up a Tennis Ball?

If You Believe This Can't Happen, Then Don't Waste Time Reading This Article!

Hello tennis player!

Much has been written about different ways to increase topsin on a tennis ball, but few articles have gone so deep into this issue.

Researching articles on the subject in question, I found an article in English published by two Japanese that deserves to be considered.

Below I will present a summary of the article and what I considered most relevant to our readers.

At the end of the page, a link will be inserted for those who wish to learn more about the publication.

The subject is complex and long, and requires good knowledge of advanced physics and mathematics.

The Authors are Yoshihiko Kawazoe and Kenji Okimoto and belonged to the Department of Mechanical Engineering, Saitama Institute of Technology, Saitama, Hiroshima, Japan, when the article in question was published.

Kawazoe is an engineer and holds a doctorate from the University of Tokyo.

The number of technical articles published by both authors and in particular the citations about them is really impressive.

The authors begin the article by discussing the increment of topspin obtained by lubrication in the strings already used or partially worn and the issue of "notches", marks, which occur at the intersection between the strings.

For the analysis, a high speed video camera was used, producing 10,000 frames / second.

For those unfamiliar, an ordinary camcorder produces something around 24 frames / second.

Contrary to what conventional theory claims about spin, the authors demonstrate that when the longitudinal strings, the longest, are stretched and return to the previous position through lubrication, the ball is propelled with much greater spin after contact is made.

The authors suggest that the movement of the longitudinal or longest strings is what promotes the rotation of the ball.

More spin produces longer contact time between the ball and the string, resulting in reduced vibrations during the impact with the ball according to the experiments carried out in the racket-arm system.

In the photo below, we can clearly see what the editors call "notches" or marks in the string.



Without further ado, let's go to the summary of the experiments carried out.


In the graph below we can see the laboratory results obtained through used or partially worn strings, with lubricant and without it.



It is noted that the difference between the strings used with and without lubrication is surprising, with respect to the rpm (revolutions / minute) of the ball and favorable to the stringing with lubrication: about the double.


In figure 10 below, we have several graphs that compare rotations, contact times and speeds of the ball exit in the different stranding conditions:


The comparative table reveals extremely interesting and promising facts.

In table (a), the difference in the rotation of the ball between new, used lubricated and non-lubricated strings is clear and sharp.

Between the last two, the advantage of used and lubricated ones is clear.

In table (b), oddly enough, the times of contact with the ball of the new strings and the lubricants used are practically the same.

In table (c), we observe that the ball's outlet speed in the case of the used and un lubricated string is the highest, even surpassing the new string. The lubricated and used stringing surpasses the new stringing in the variable ball exit speed.

The Author of the blog would like to leave two comments.

The first is that at Wimbledon last year, Roger Federer was spotted by the cameras using "string ling" or string fastener, much appreciated in the '70s and '80s by countless tennis players.

If Federer wanted to accelerate the ball and reduce the spin, he hit the bull's eye!

He lost the Final in the fifth set and in the tie-breaker by 7 to 3.

The "string ling" does not allow the strings of the racket to move, increasing the speed of the ball and reducing the spin.

It is the case similar to figure 10 in item (c) where it is shown that the strings with "notches", produce greater speed of exit of the ball.

The second comment is related to the laboratory tests carried out by Kawazoe and Okimoto.

Why haven't tests been performed with new lubricated strings compared to the others?

It's a good question and the answer is for the blog readers to think a little bit.

While in our country, many tennis coaches, teachers and instructors teach their classes saying "come on boy", "beautiful ball", "move your feet", "go for it" and other curious incentives, without explaining the reason for the gesture or movement, there are people in the first world taking the matter seriously and applying science for the development of sport.

When someone asks you if there is a way to increase the spin, ask, can we talk a little bit?

Best regards
Franco Morais
www.tenniscience.com.br

Source: Tennis Top Spin Comparison between New, Used and Lubricated Used Strings by High Speed Video Analysis with Impact Simulation

O Que São os Efeitos Topspin e Backspin?/What Are the Topspin and Backspin Effects?*

Você Sabe Explicar Cientificamente Como São Produzidos os Efeitos Topspin e Backspin?

Se Tem Certeza Que Já Sabe, Então Não Perca Seu Tempo Lendo Esse Artigo!

Olá tenista!

Todos tenistas estão cansados de ouvir os termos topspin e backspin, porém, será que sabem explicar cientificamente como ocorre o fenômeno?

O que a maioria sabe é que quando a bola é impulsionada e sai girando no sentido do alvo, a bola fica sujeita ao fenômeno topspin.
Dessa forma, a bola produz uma parábola mais acentuada para em seguida cair rapidamente.

No caso do fenômeno backspin, a bola após ser impulsionada, sai girando no sentido oposto ao do alvo. Nesse caso, a bola tende a percorrer uma trajetória baixa e mais plana. Ela também percorrerá uma parábola, mas será muito sutil, dando a impressão que seguiu uma trajetória retilínea.

E para explicar todo esse imbróglio, credita-se ao "Efeito Magnus" a manifestação dos eventos comentados acima.

Desde o ensino médio sabemos que qualquer corpo que é lançado sob a ação da gravidade percorrerá uma trajetória parabólica seguindo a equação do 2º grau do tipo Ax² + Bx + C = 0. 

Bem, e o que produz os fenômenos topspin e backspin?

Aí a coisa fica um pouco mais complexa, temos que partir para o nível universitário e nos envolvermos com a Mecânica dos Fluídos ou Fluidodinâmica.
O Autor considera importante deixar claro que os universitários do programa Silvio Santos em nenhum momento foram consultados para a consecução desse artigo.

Para nossa sorte, no dia 8 de fevereiro de 1700, em Groninga, Holanda, nasceu Daniel Bernoulli.

Daniel pertenceu a uma brilhante família de filósofos, físicos e matemáticos, porém, sua graduação foi em Medicina.
Apesar de sua formação, foi professor de matemática por décadas e sua contribuição para a área foi extraordinária.
Em 1738 publicou o livro Hydrodynamica, escrito em latim, que revolucionou o mundo da Fluidodinâmica.





















Nesse brilhante livro, Bernoulli lançou sua equação que seria posteriormente conhecida como Equação de Bernoulli, que é apresentada abaixo:




As variáveis da equação são as seguintes:

P : Pressão 
Z : Cota ou referencial
V : Velocidade
g : Força da gravidade
ϒ : Densidade do fluído 
Perdas (0,1) : Perdas de carga, atrito ou arrasto, do ponto 0 ao 1.

Basicamente a equação demonstra que toda vez que temos aumento na velocidade de um fluído, líquido ou gás, num determinado ponto, nesse mesmo ponto haverá uma queda de pressão. 
Por sua vez, se num determinado ponto houver uma redução de velocidade, haverá um aumento de pressão.
É totalmente contra-intuitivo e sai completamente da compreensão dos mortais comuns, ou melhor, dos tenistas comuns.
O melhor exemplo para entendimento do processo que ocorre é o Tubo Venturi que é apresentado abaixo:



O desenho é auto-explicativo e demonstra claramente as variações de pressões que ocorrem em função das variações de velocidades de um fluído.
É a simples comprovação da Equação de Bernoulli.

De posse das informações acima, podemos agora tratar do assunto que nos interessa, que é dos fenômenos backspin e topsin.

Na figura abaixo, podemos observar uma bola se movimentando com efeito backspin:


Como todos os leitores do blog já leram o post "A Bola Usada é Mais Veloz que Uma Nova?" que trata sobre a camada limite e suas consequências, podemos avançar nas nossas explicações.

No ponto A, nossa amiga camada limite que está com velocidade zero na superfície da bola, tenta desesperadamente frear as demais camadas que estão sobre ela, e após muita discussão e aplicação da neurolinguística, obtém sucesso.
Como consequência, reduz a velocidade das camadas seguintes e aí Bernoulli ataca impiedosamente, aumentando a pressão naquela área e impondo uma força para cima.


Enquanto isso, no ponto B, a nossa dedicada camada limite que também está com velocidade zero na superfície da bola, tenta acelerar as demais camadas. 

Como sempre, todo rebanho se opõe a novas ideias e experiencias, mas a camada limite do ponto B não é nada boba. Aplica as instruções do livro "Como fazer amigos e influenciar pessoas" e bingo! Também obtém sucesso e as demais camadas aceitam aumentar suas velocidades.

Bernoulli, que estava nas imediações tomando uma caipirinha com seu amigo Euler, percebe a furtiva manobra e imediatamente aplica uma Medida Provisória exigindo que a pressão seja reduzida. Com isso a bola também sofre uma força para cima.

Em resumo, no fenômeno backspin, temos uma pressão positiva na parte inferior da bola e uma pressão negativa na parte superior da mesma.
O somatório das forças resultantes promove a tendência da bola subir.

Vamos agora analisar o caso do fenômeno topspin, através da figura a seguir:

No caso do topspin, as forças de reação são exatamente opostas ao caso
do backspin.

No ponto A, a nossa grande amiga camada limite com velocidade zero, está forçando as demais camadas a aumentarem suas velocidades que depois de muita confusão e interferência da polícia, resolveram aceitar e saíram em desabalada carreira.
Bernoulli, já na quinta caipirinha, é informado do fato e não perdoa, reduz imediatamente a pressão no ponto A e uma força para baixo é produzida.

Já no ponto B, a nossa intrépida camada limite, insatisfeita com a situação do Aquecimento Global, tenta de todas as formas reduzir a velocidade das demais camadas e é bem sucedida.

Bernoulli, meio cambaleando e já dançando um frevo, é informado do fato e sobre um trio elétrico determina que a pressão no ponto B seja aumentada. Instantaneamente uma força para baixo é produzida.

O somatório final das forças determina que a bola tenda a descer.

Finalizando, o Autor, não poderia deixar de comentar um equívoco histórico inaceitável.

Em 2 de maio de 1802, ou seja, mais de 100 anos depois do nascimento de Daniel Bernoulli, nasceu o Físico Henrich Gustav Magnus em Berlim.

Um belo dia, Magnus, passeando pelo Parque Ibirapuera em São Paulo e observando algumas crianças lançando Frisbee, notou que a trajetória dos discos não era a esperada.
Posteriormente, realizou algumas medidas e constatou que realmente as trajetórias eram modificadas por algumas forças aerodinâmicas.

A partir daí, passou a alardear o fato e após 200 anos, é disseminada a informação que ele é que "descobriu" o fenômeno denominado "Efeito Magnus". 

Afirmar que backspin e topspin são causados pelo "Efeito Magnus" é no mínimo um desrespeito a Daniel Bernoulli, brilhante precursor da Mecânica dos Fluídos que é integralmente aplicada nos tempos atuais.

O Autor lamenta profundamente o equívoco histórico e quando alguém lhe disser que o fenômeno topspin e backspin é provocado pelo "Efeito Magnus", pergunte, você tem um "tempinho"?

Um forte abraço
Franco Morais
www.tenniscience.com.br



Do You Know How To Scientifically Explain How Topspin And Backspin Effects Are Produced?

If You're Sure You Already Know, Then Don't Waste Your Time Reading This Article!


Hello tennis player!

All tennis players are tired of hearing the terms topspin and backspin, however, do they know how to explain scientifically how the phenomenon occurs?

What most people know is that when the ball is propelled and rotates in the direction of the target, the ball is subject to the topspin phenomenon.

In this way, the ball produces a more pronounced parabola and then falls quickly.

In the case of the backspin phenomenon, the ball, after being propelled, goes out spinning in the opposite direction to the target. In this case, the ball tends to travel a low and flatter path. It will also go through a parable, but it will be very subtle, giving the impression that it has followed a straight path.

And to explain all this imbroglio, the "Magnus Effect" is credited with the manifestation of the events mentioned above.

Since high school we know that any body that is launched under the action of gravity will follow a parabolic trajectory following the equation of the 2nd degree of type Ax² + Bx + C = 0.

Well, and what produces the topspin and backspin phenomena?

Then it gets a little more complex, we have to go to the university level and get involved with Fluid Mechanics or Fluid Dynamics.

The Author considers it important to make it clear that university students in the Silvio Santos program (a brazilian TV show)
were never consulted in order to achieve this article.

Luckily for us, on February 8, 1700, in Groningen, Holland, Daniel Bernoulli was born.

Daniel belonged to a brilliant family of philosophers, physicists and mathematicians, however, his degree was in Medicine.

Despite his background, he was a mathematics teacher for decades and his contribution to the field was extraordinary.

In 1738 he published the book Hydrodynamica, written in Latin, which revolutionized the world of Fluid Dynamics.


In this brilliant book, Bernoulli launched his equation that would later be known as the Bernoulli Equation, which is presented below:



The variables are as follows:

P: Pressure
Z: Quota or reference
V: Speed
g: Force of gravity
ϒ: Fluid density
Losses (0,1): Losses, friction or drag, from point 0 to 1.

Basically, the equation shows that every time we increase the speed of a fluid, liquid or gas, at a certain point, at that same point there will be a pressure drop.

In turn, if at a given point there is a reduction in speed, there will be an increase in pressure.

It is totally counter-intuitive and completely out of the ordinary mortals' understanding, or rather, of ordinary tennis players.


The best example for understanding the process that occurs is the Venturi Tube which is presented below:



The design is self-explanatory and clearly demonstrates the pressure variations that occur as a result of variations in the speed of a fluid.

It is a simple proof of the Bernoulli Equation.

With the information above, we can now deal with the subject that interests us, which is the backspin and topsin phenomena.


In the figure below, we can see a ball moving with a backspin effect:


As all readers of the blog have already read the post "Is the used ball faster than a new one?" that deals with the boundary layer and its consequences, we can proceed in our explanations.

At point A, our friendly boundary layer that is at zero speed on the surface of the ball, desperately tries to brake the other layers that are on it, and after much discussion and application of neurolinguistics, it succeeds.

As a consequence, reduces the speed of the following layers and then Bernoulli relentlessly attacks, increasing the pressure in that area and imposing an upward force.

Meanwhile, at point B, our dedicated boundary layer which is also at zero speed on the surface of the ball, try to speed up the other layers.

As always, every herd is opposed to new ideas and experiences, but the boundary layer of point B is not silly at all. Apply the instructions in the book "How to make friends and influence people" and bingo! It is also successful and the other layers agree to increase their speeds.

Bernoulli, who was nearby taking a "caipirinha" with his friend Euler, realizes the stealth maneuver and immediately applies a provisional demanding that the pressure is reduced. With that the ball also suffers an upward force.

In short, the backspin phenomenon, we have a positive pressure at the bottom of the ball and a negative pressure at the top of it.

The sum of the resulting forces promotes the tendency of the ball to rise.


Let us now analyze the case of the topspin phenomenon, through the following figure:

In the case of topspin, the reaction forces are exactly opposite to the case
backspin.

At point A, our great friend, zero speed limit layer, is forcing the other layers to increase their speeds, which after much confusion and police interference, decided to accept and left in a distraught career.

Bernoulli, already in the fifth "caipirinha", is informed of the fact and does not forgive, immediately reduces the pressure at point A and a downward force is produced.

At point B, our intrepid boundary layer, dissatisfied with the situation of Global Warming, tries in every way to reduce the speed of the other layers and is successful.

Bernoulli, half staggering and already dancing a frevo, is informed of the fact and about an "electric trio" (a truck with a band) determines that the pressure at point B is increased. Instantly a downward force is produced.

The final sum of forces determines that the ball tends to descend.

Finally, the Author could not fail to comment on an unacceptable historical mistake.

On May 2, 1802, that is, more than 100 years after the birth of Daniel Bernoulli, Physicist Henrich Gustav Magnus was born in Berlin.

One fine day, Magnus, strolling through Ibirapuera Park in São Paulo and watching some children launching frisbee, noticed that the trajectory of the disk was not as expected.

Subsequently, he made some measurements and found that the trajectories were actually modified by some aerodynamic forces.

From then on, he started to boast about the fact and after 200 years, the information that he "discovered" the phenomenon called "Magnus Effect" is disseminated.

To affirm that backspin and topspin are caused by the "Magnus Effect" is at least a disrespect to Daniel Bernoulli, brilliant precursor of Fluid Mechanics that is fully applied today.

The Author deeply regrets the historical mistake and when someone tells you that the topspin and backspin phenomenon is caused by the "Magnus Effect", ask, can we talk a little bit?

Best regards
Franco Morais
www.tenniscience.com.br

A Bola Usada é Mais Veloz que Uma Nova?/A Used Ball is Faster Than a New One?*

Será Que Uma Bola Usada é Mais Veloz Que Uma Nova?

Se Você Sabe a Resposta e Consegue Explicar a Razão, Então Não Perca Seu Tempo Lendo Esse Artigo!


Olá tenista!

Qual bola de tênis se desloca mais rapidamente aplicando-se a mesma força em ambas, uma nova ou uma usada?

A resposta para tal fenômeno não é tão simples como se imagina.
Primeiro temos que conhecer as Leis que governam a Mecânica dos Fluídos ou Fluidodinâmica.

Apesar de muitas pessoas desconhecerem, os gases também são fluídos, como os líquidos.
Sabemos que a diferença entre eles está na compressibilidade, os gases são compressíveis e os líquidos são considerados incompressíveis.
Na verdade, sofrem compressão, mas os valores são irrelevantes para a maioria dos casos.

Muito bem, como é que um fluído, gás ou líquido, se movimenta numa superfície qualquer?
Eis a pergunta chave para elucidarmos a questão principal de nosso artigo!
Apesar de intuitivamente acreditarmos que os fluídos se movam uniformemente, isso não é verdade.
Os fluídos movem-se em camadas, pois sofrem forças de cisalhamento.
Cisalhamento significa cortar ou causar deformação numa superfície.

O desenho abaixo demonstra como as inúmeras camadas se movimentam num plano e num determinado sentido em função das forças de cisalhamento.
Observe que no plano inferior que está estático, a velocidade da camada que está em contato com o citado plano é zero, por incrível que pareça!
                   
E o que provoca o cisalhamento?
É a viscosidade do elemento, no caso, o ar atmosférico.
Mas como, desde quando o ar tem viscosidade?
Para a surpresa da maioria das pessoas, o ar, sim, tem viscosidade!
Aliás, todo gás, como líquido, apresenta viscosidade.

O Autor já havia prevenido os leitores que alguns artigos poderiam causar desmaios, transtornos psicológicos irreversíveis e tentativas de suicídio.
No momento, estamos sendo informados que em função da viscosidade do ar, os Prontos-Socorros ao longo do país estão sobrecarregados e o caos é generalizado.

Bem, num gás, a viscosidade é pequena, nós não a percebemos e nem sentimos através de nossos cinco sentidos (comenta-se que o Autor tem mais que cinco), porém a viscosidade tem a capacidade de mudar o rumo de inúmeros fenômenos.
A título de informação, apresentamos abaixo uma tabela com as viscosidades da água e do ar em diversas temperaturas:



Note que a viscosidade cinemática da água a 25º C é da ordem de 576 vezes maior que a do ar.

Você já observou que quando a poeira se deposita no seu carro e após dirigir por horas e elevadas velocidades, ela ainda permanece na superfície?
Já percebeu que as hélices dos ventiladores estão sempre sujas e temos que limpá-las?
E os aviões, porque são constantemente lavados?
Com é possível a poeira permanecer no lugar, mesmo sofrendo a ação severa do ar em movimento?
A resposta está na própria viscosidade do ar, que mantém as partículas de poeira agregadas na superfície em velocidade zero.

Ao contrário do que se pensa, um fluído se deslocando numa tubulação, não apresenta a mesma velocidade numa dada seção da mesma.
O diagrama abaixo mostra claramente que a velocidade do fluído na superfície de contato da tubulação é zero e no centro da mesma, a velocidade é máxima.
Tudo isso causado pela viscosidade do fluído e pela rugosidade do material em que o fluído está se movimentando.



E qual a interferência da viscosidade do ar e a rugosidade da superfície no movimento da bola de tênis?
A interferência é crítica, pois é ela que vai determinar quanto de arrasto, atrito ou perda de carga, teremos na superfície de uma bola.

Como peso, pressão e diâmetro das bolas de tênis são padronizados, a única maneira de alterarmos a velocidade das mesmas é modificando a rugosidade de sua superfície, no caso o feltro.
Suspeito que Aristóteles em 350 a.C. utilizando apenas lógica, teria chegado à mesma conclusão.
Não há como modificar a viscosidade do ar, exceto se alterarmos nossa altitude em relação ao nível mar ou se houver substancial mudança na temperatura e umidade da atmosfera.

Se hipoteticamente pudéssemos produzir uma superfície perfeita, com rugosidade zero, a primeira camada do fluído ou camada limite em contato com a superfície, não conseguiria aderir perfeitamente a ela.
É o caso de um vidro plano limpo onde sua rugosidade é desprezível e por isso quando jogamos água, ela não adere na sua superfície.
Basicamente, isso significa perda de energia da bola que é transformada em calor e como isso a bola perde velocidade.

Abaixo, a título de informação, apresentamos uma tabela de diversos materiais e suas rugosidades.



Aí entra a função do feltro, que é um elemento com uma rugosidade previamente calculada e exaustivamente testada em túneis de vento.
Se a rugosidade do feltro for superior ou inferior à determinada pelos fabricantes, a bola vai se movimentar com uma velocidade diferente da estabelecida.

No caso da bola usada, temos que grande parte do feltro já foi consumido, portanto, rugosidade reduzida, e dessa forma arrasto, atrito ou perda de carga aumentadas. O motivo é que o fluído ar, terá dificuldades em manter a camada limite, ou da superfície, com velocidade zero. E isso, como já sabemos, gera turbulência.

Para a situação onde temos o feltro com muita rugosidade, ultrapassando a estabelecida, essa rugosidade exagerada produzirá uma força contrária ao movimento da bola acarretando indesejado arrasto, atrito ou perda de carga elevadas. A rugosidade exagerada atuará como um freio ao invés de colaborar com o movimento da bola.

A titulo de curiosidade, no golfe temos um fato bastante elucidador.
Como é de conhecimento de todos, a bola de golfe apresenta na sua superfície reentrâncias com uma única função: aumentar a aderência da camada limite e reduzir o arrasto, atrito ou perda de carga durante o voo. Parece loucura e contra-intuitivo, porém é isso que efetivamente ocorre.
A foto abaixo apresenta claramente as reentrâncias na superfície de uma bola oficial de golfe.





Experiências realizadas em laboratório demonstram que uma bola de golfe com superfície lisa e lançada com o mesmo peso e diâmetro de uma bola padrão, percorre apenas a metade da distância quando comparada com uma bola oficial.

Bem, poderíamos discorrer sobre Número de Reynolds, Equação de Hazen-Williams, Equação de Bernoulli, Equação de Colebrook-White e tantas outras, mas não agregariam muito ao que já foi descrito acima. 
Basicamente elas tratam da movimentação de fluídos em superfícies e suas consequências.

Em resumo, a viscosidade do ar e a rugosidade da superfície é que comandam a velocidade da bola quando impulsionada por uma mesma força.
Na Lua, onde quase não há atmosfera, a viscosidade e a rugosidade não teriam praticamente nenhum efeito sobre a bola.

Quando alguém lhe perguntar, porque a bola nova é mais rápida, responda, você tem um "tempinho"?

Um forte abraço
Franco Morais
www.tenniscience.com.br



Is a used ball faster than a new one?*

If you know the answer and can explain the reason, then don't waste your time reading this article!


Hello tennis player!

Which tennis ball moves faster by applying the same force to both, a new or a used one?

The answer to such a phenomenon is not as simple as one imagines.
First we have to know the Laws that govern Fluid Mechanics or Fluid Dynamics.

Although many people are unaware, gases are also fluid, like liquids.
We know that the difference between them is in compressibility, gases are compressible and liquids are considered incompressible.
In fact, they suffer compression, but the values ​​are irrelevant in most cases.

Okay, how does a fluid, gas or liquid, move on any surface?
This is the key question for us to elucidate the main matter of our article!
Although we intuitively believe that fluids move evenly, this is not true.
The fluids move in layers as they undergo shear forces.
Shearing means cutting or causing deformation on a surface.

The drawing below shows how the countless layers move in a plane and in a certain direction as a function of shear forces.
Note that in the lower plane that is static, the velocity of the layer that is in contact with that plane is zero, oddly enough!

And what causes the shear?
It is the viscosity of the element, in this case, the atmospheric air.
But how, since when does the air have viscosity?
To the surprise of most people, the air does have viscosity!
In fact, all gas, as a liquid, has viscosity.

The Author had already warned readers that some articles could cause fainting, irreversible psychological disorders and suicide attempts.
At the moment, we are being informed that due to the viscosity of the air, the Emergency Rooms throughout the country are overloaded and chaos is widespread.
Well, in a gas, the viscosity is small, we do not perceive it or feel it through our five senses (it is said that the Author has more than five), but the viscosity has the ability to change the course of numerous phenomena.

For information, we present below a table with the viscosities of water and air at different temperatures:




Note that the kinematic viscosity of water at 25º C is on the order of 576 times greater than that of air.
Have you ever noticed that when dust settles on your car and after driving for hours and high speeds, it still remains on the surface?

Have you noticed that the fan blades are always dirty and we have to clean them?
And airplanes, why are they constantly washed?
How is it possible for the dust to remain in place, even suffering the severe action of the moving air?
The answer lies in the viscosity of the air itself, which keeps dust particles aggregated on the surface at zero speed.

Contrary to popular belief, a fluid moving in a pipe does not have the same speed in a given section.
The diagram below clearly shows that the fluid speed at the contact surface of the pipeline is zero and in the center of it, the velocity is maximum.
All this caused by the viscosity of the fluid and the roughness of the material in which the fluid is moving.


And what is the interference of air viscosity and surface roughness in the movement of the tennis ball?
Interference is critical, as it will determine how much drag, friction or drop pressure we will have on the surface of a ball.

As the weight, pressure and diameter of the tennis balls are standardized, the only way to change their speed is to modify the surface roughness, in this case the felt.
I suspect that Aristotle in 350 BC using logic alone would have come to the same conclusion.
There is no way to modify the viscosity of the air, except if we change our altitude in relation to sea level or if there is a substantial change in the temperature and humidity of the atmosphere.

If hypothetically we could produce a perfect surface, with zero roughness, the first layer of the fluid or boundary layer in contact with the surface, would not be able to adhere perfectly to it.
It is the case of a clean flat glass where its roughness is negligible and that is why when we pour water, it does not adhere to its surface.
Basically, this means loss of energy from the ball which is transformed into heat and as a result the ball loses speed.
Below, for information, we present a table of different materials and their roughness.


Here comes the function of the felt, which is an element with a previously calculated roughness and exhaustively tested in wind tunnels.
If the felt's roughness is higher or lower than that determined by the manufacturers, the ball will move with a different speed than the established one.

In the case of the used ball, we have that much of the felt has already been consumed, therefore, reduced roughness, and thus increased drag, friction or loss of load. The reason is that the air fluid will have difficulties in maintaining the boundary layer, or the surface, at zero speed. And this, as we already know, creates turbulence.

For the situation where we have the felt with a lot of roughness, exceeding the established, this exaggerated roughness will produce a force contrary to the movement of the ball causing undesired drag, friction or high drop pressure. The exaggerated roughness will act as a brake instead of contributing to the movement of the ball.

As a curiosity, in golf we have a very illuminating fact.
As everyone knows, the golf ball has concavities on its surface with a single function: to increase the adherence of the boundary layer and to reduce drag, friction or loss of load during the flight. It sounds crazy and counter-intuitive, but that's what actually happens.
The photo below clearly shows the concavities on the surface of an official golf ball.


Laboratory experiments show that a golf ball with a smooth surface and thrown with the same weight and diameter as a standard ball, travels only half the distance when compared to an official ball.

Well, we could talk about Reynolds Number, Hazen-Williams Equation, Bernoulli Equation, Colebrook-White Equation and so many others, but they would not add much to what has already been described above.
Basically they deal with the movement of fluids on surfaces and their consequences.

In short, the viscosity of the air and the roughness of the surface are what control the speed of the ball when driven by the same force.
On the Moon, where there is almost no atmosphere, viscosity and roughness would have virtually no effect on the ball.

When someone asks you, why the new ball is faster, answer, can we talk a little bit?

Best regards
Franco Morais
www.tenniscience.com.br

Impacto da Bola na Raquete de Tênis/Impact of Tennis Ball in a Racket*

Você Tem Ideia Qual é a Força Aplicada na Sua Raquete Durante Um Jogo de Tênis?

Provavelmente Não e Vai se Surpreender Com os Resultados Que Vou lhe Apresentar.

Se Acha Que a Força é Desprezível, Então Não Leia Esse Artigo!



Olá tenista!

Segundo o site da ITF - International Tennis Federation, oficialmente existem quatro tipos de bolas, 1, 2, 3 e High Altitude (Altitude Elevada) e todas essas bolas devem pesar entre 56,0 e 59,4 gramas. A ITF não define qual são os erros aceitáveis de medida, mas isso não interferirá em nossos cálculos.

Para nossas avaliações, vamos utilizar os dados compilados por Simon Goodwill, engenheiro aeronáutico inglês e referência mundial na área de pesquisa em eventos físicos no esporte. Goodwill possui doutorado e é Diretor do Centre for Sports Engineering Research (CSER) da Sheffield Hallam University situada na Inglaterra.

Goodwill et al. publicou há anos atrás um gráfico demonstrando qual o tempo que uma bola de tênis permanece em contato com a raquete durante o impacto entre ambas.
O gráfico abaixo demonstra os tempos que ocorrem em duas situações distintas onde as mesmas raquetes apresentam tensões de encordoamentos diferentes, 40 lb (libras) e 70 lb (libras).
















Fonte: Goodwill, S.R., & Haake, S. (2004). Effect of string tension on the impact between a tennis ball and racket. In Hubbard, M., Mehta, R.D., & Pallis, J.M. (Eds.) The engineering of sport 5. (pp. 3-9). International sports engineering assocation

Com base nos dados acima, temos duas informações importantes: pesos das bolas e tempos que as mesmas permanecem em contato com o encordoamento no momento do impacto.

Podemos então aplicar a Segunda Lei de Newton que determina que F = m.a ou Força = massa x aceleração.

Utilizando a fórmula no nosso exemplo, temos que:

Força = massa da bola x aceleração da bola.

Ocorre que aceleração é dada pela expressão:



Portanto:

Nesse caso vamos considerar que massa e peso são elementos iguais. Eles não são, mas para nossos cálculos não haverá qualquer interferência.
No futuro poderemos discorrer sobre a diferença entre massa e peso.

O gráfico proposto por Goodwill nos informa que o tempo mínimo de contato entre a bola e a raquete é de 3 ms (milissegundos) e o máximo de 5 (milissegundos) mesmo com encordoamentos e tensões diferentes.

Com essas informações podemos calcular qual é a força aplicada na raquete durante um golpe na prática do tênis.

Vamos a título de hipótese, estipular que a velocidade da bola na raquete seja de 30 m/s ou 108 km/h. É uma bola típica de lançamento quando se inicia um aquecimento.

Aplicando-se a Segunda Lei de Newton teremos:

Substituindo os dados teremos:
Massa da bola: 56,0 g (mínimo)
Tempo de contato com a bola: 3 ms (mínimo)
Velocidade de saída da bola na raquete: 30 m/s (108 km/h)

Para aplicação da equação, temos que utilizar um sistema dimensional, que no caso será eleito o MKS (metro, quilograma e segundo).

Assim sendo teremos:






Observe que dividi 56,0 por mil, pois estamos aplicando quilogramas e 3 dividido por mil transformado em segundos, pois elegemos o sistema MKS (metro, quilograma e segundo).

Vamos transformar newtons em kgf e verificar o que ocorre:



Assustador, não é verdade?
Os 57,17 kgf são aplicados na sua raquete num simples lançamento de uma bola!
Pois é, mas ainda não terminei de contar todos os fatos!
Esses cálculos só valem para uma bola lançada com velocidade inicial igual a zero e acelerada a 30 m/s na raquete e não numa rebatida de uma bola acelerada pelo seu oponente!
Será que uma bola rebatida por seu adversário e vindo em sua direção aumenta ou diminui a força aplicada na sua raquete?
É isso que vamos analisar a seguir.

Vamos supor que a bola de seu oponente impacte sua raquete a 70% da velocidade de lançamento de 30 m/s, pois ao longo do percurso entre seu oponente e você haverá perda de energia ocasionada pelo atrito ou arrasto entre a bola e o ar e também entre a bola e a quadra no momento em que ela tocar o solo.

A situação agora é outra, pois teremos a velocidade da bola de retorno do oponente a 21 m/s (30 m/s x 70%) contra sua raquete que estaria projetando a bola a 30 m/s e o somatório das velocidades nos daria 51 m/s (30 + 21) que aplicados na fórmula teríamos:











Mais assustador ainda, cerca de 88 kgf agindo sobre a minha raquete!
Podemos observar que houve um incremento da ordem de 54,75% nos impactos entre o primeiro caso e o segundo, o que é significativo.


E qual seria a força reagindo na raquete num saque a 200 km/h?
Temos:
Massa da bola: 56,0 g
Tempo de contato com a bola: 3 ms
Velocidade de saída da bola na raquete: 55,56 m/s (200 km/h)










Sim, 104,00 kgf são aplicados na sua raquete em um saque a 200 km/h!
Agora você começa a entender porque os tenistas têm tantas lesões no punho, cotovelo, ombro, coluna, quadril, joelho e tornozelo.

A primeira Lei da Termodinâmica é implacável: energia não pode ser criada ou destruída, apenas transferida. Os 104,00 kgf aplicados na sua raquete são transferidos para o seu corpo e os resultados não são dos melhores.
Note que os 88,47 kgf calculados para velocidades relativamente baixas, não são muito diferentes de um saque potente executado por um profissional. A diferença é da ordem de 17,55% entre ambos, não muito expressiva, mas a percepção que temos é outra.

Não podemos deixar de mencionar que quanto menos tempo a bola se mantiver na raquete, maior será a força aplicada na mesma.
Isso tem enormes implicações no jogo de cada tenista, pois em função do tipo de encordoamento utilizado e a pressão aplicada no mesmo, as respostas serão totalmente distintas.

Poderíamos fazer inúmeras simulações com diversas velocidades e tempos de contato da bola com a raquete, mas isso pode ficar para outro capítulo.
Com as equações demonstradas nesse artigo, os leitores do blog poderão calcular quaisquer esforços solicitantes apenas ajustando o tempo de contato da bola na raquete bem como sua velocidade de saída.


Infelizmente as informações acima não são divulgadas pela comunidade tenística basicamente por dois motivos: total desconhecimento de como calcular os esforços solicitantes ou desinteresse para não prejudicar o esporte que no mundo fatura bilhões de dólares anualmente.
A percepção que se tem nas duas alternativas é que nossa saúde no contexto é irrelevante.

Os resultados calculados demonstram claramente a importância de um trabalho anaeróbico severo, no caso musculação, para fortalecimento das áreas do corpo que são acionadas milhares de vezes ao longo dos treinos e partidas.
E isso vale para jogadores principiantes, intermediários, avançados e profissionais.
Essa questão é complexa pois se os músculos forem enrijecidos em demasia, haverá perda de flexibilidade dos mesmos e a dinâmica dos golpes será prejudicada.
Se os músculos não forem fortalecidos adequadamente, fatalmente sofrerão danos pelo elevado esforço exigido, além das milhares de repetições dos golpes.

Eis aí um bom artigo para ser publicado por alguém efetivamente capacitado na área. Com a palavra os fisiologistas, preparadores físicos, fisioterapeutas e áreas correlatas.

Quando alguém disser para você que tênis não é “força” e sim “jeito”, pergunte, você tem um "tempinho"?

Um forte abraço
Franco Morais
www.tenniscience.com.br



Do You Have Any Idea What Force is Applied to Your Racket During a Tennis Game?*

Probably not and you will be surprised by the results I am going to present you.

If You Think Strength Is Despicable, Then Don't Read This Article!

Hello tennis player!

According to the ITF - International Tennis Federation website, there are officially four types of balls, 1, 2, 3 and High Altitude, and all of these balls must weigh between 56.0 and 59.4 grams. The ITF does not define what are the acceptable measurement errors, but this will not interfere with our calculations.

For our evaluations, we will use the data compiled by Simon Goodwill, an English aeronautical engineer and a world reference in the field of research in physical events in sport. Goodwill holds a doctorate and is Director of the Center for Sports Engineering Research (CSER) at Sheffield Hallam University in England.

Goodwill et al. published a graph years ago showing how long a tennis ball stays in contact with the racket during the impact between them.


The graph below shows the times that occur in two different situations where the same rackets have different strand stresses, 40 lb (pounds) and 70 lb (pounds).





















Source: Goodwill, S.R., & Haake, S. (2004). Effect of string tension on the impact between a tennis ball and racket. In Hubbard, M., Mehta, R.D., & Pallis, J.M. (Eds.) The engineering of sport 5. (pp. 3-9). International sports engineering assocation

Based on the data above, we have two important information: weights of the balls and times that they remain in contact with the string at the moment of impact.

We can then apply Newton's Second Law which states that F = m.a or Force = mass x acceleration.

Using the formula in our example, we have to:

Force = mass of the ball x acceleration of the ball.

It happens that acceleration is given by the expression:




Therefore:


In this case we will consider that mass and weight are equal elements. They are not, but for our calculations there will be no interference.
In the future we will be able to discuss the difference between mass and weight.

The graph proposed by Goodwill informs us that the minimum contact time between the ball and the racket is 3 ms (milliseconds) and the maximum of 5 (milliseconds) even with different strings and stresses.

With this information we can calculate what is the force applied to the racket during a tennis hit.

Let's hypothesize, stipulate that the speed of the ball in the racket is 30 m / s or 108 km / h. It is a typical launch ball when a warm-up begins.


Applying Newton's Second Law we have:



Substituting the data we have:

Ball mass: 56.0 g (minimum)
Time of contact with the ball: 3 ms (minimum)
Speed of the ball on the racket after contact: 30 m / s (108 km / h)

To apply the equation, we have to use a dimensional system, in which case the MKS (meter, kilogram and second) will be chosen.

So we will have:


Note that I divided 56.0 per thousand, because we are applying kilograms and 3 divided by thousand transformed in seconds, because we chose the MKS system (meter, kilogram and second).

Let's convert newtons to kgf and see what happens:










Scary, isn't it?
The 57.17 kgf is applied to your racket in a simple throw of a ball!
Yeah, but I haven't finished telling all the facts yet!
These calculations are only valid for a ball launched with an initial speed equal to zero and accelerated to 30 m / s on the racket and not in a hit of an accelerated ball by your opponent!
Does a ball hitting your opponent and coming towards you increase or decrease the force applied to your racket?
That is what we will analyze next.

Let's suppose that your opponent's ball impacts your racket at 70% of the launch speed of 30 m / s, because along the path between your opponent and you there will be a loss of energy caused by the friction or drag between the ball and the air and also between the ball and the court when it touches the ground.

The situation is different now, as we will have the opponent's return ball speed at 21 m / s (30 m / sx 70%) against his racket that would be projecting the ball at 30 m / s and the sum of the speeds would give us 51 m / s (30 + 21) that applied in the formula we would have:



Even scarier, about 88 kgf acting on my racket!
We can see that there was an increase of 54.75% in the impacts between the first case and the second, which is significant.

And what would be the force reacting on the racket in a serve at 200 km / h?
We have:
Ball mass: 56.0 g
Time of contact with the ball: 3 ms
Speed of the ball in the racket after contact: 55.56 m / s (200 km / h)



Yes, 104.00 kgf are applied to your racket in a serve at 200 km / h!
Now you begin to understand why tennis players have so many injuries to the wrist, elbow, shoulder, spine, hip, knee and ankle.

The first Law of Thermodynamics is relentless: energy cannot be created or destroyed, only transferred. The 104.00 kgf applied to your racket is transferred to your body and the results are not the best.

Note that the 88.47 kgf calculated for relatively low speeds, is not much different from a powerful serve performed by a professional. The difference is of the order of 17.55% between both, not very expressive, but the perception we have is different.

We cannot fail to mention that the less time the ball remains on the racket, the greater the force applied to it.

This has enormous implications for the game of each tennis player, because depending on the type of string used and the pressure applied to it, the answers will be totally different.

We could do numerous simulations with different speeds and times of contact of the ball with the racket, but that can be for another chapter.

With the equations shown in this article, blog readers will be able to calculate any efforts just by adjusting the contact time of the ball on the racket as well as its outgoing speed.

Unfortunately, the information above is not released by the tennis community basically for two reasons: total ignorance of how to calculate the efforts or disinterest in order not to harm the sport that in the world earns billions of dollars annually.

The perception that we have in the two alternatives is that our health in the context is irrelevant.

The calculated results clearly demonstrate the importance of severe anaerobic work, in the case of weight training, to strengthen the areas of the body that are triggered thousands of times during training and matches.

And that goes for beginners, intermediate, advanced and professional players.
This issue is complex because if the muscles are too tight, there will be a loss of flexibility and the dynamics of the strokes will be impaired.
If the muscles are not strengthened properly, they will fatally suffer damage due to the high effort required, in addition to the thousands of repetitions of the strokes.

Here is a good article to be published by someone effectively trained in the field like physiologists, physical trainers, physiotherapists and related areas.

When someone tells you that tennis is not "strength" but "way or manner", ask, can we talk a little bit?

Best regards
Franco Morais
www.tenniscience.com.br