מאחורי לא מעט מהלכים גדולים שאנחנו רואים באולמות הספורט מסתתרים תכסיסים פיזיקליים קטנים ומועילים שמאפשרים לספורטאים לרוץ מהר יותר, לקפוץ גבוה יותר ואפילו לגרום לכדור לשנות את מסלולו באוויר. לכבוד המשחקים האולימפיים שנערכים בימים אלה בטוקיו נסקור את הסודות הקטנים הללו  ואת העקרונות הפיזיקליים שמאפשרים אותם – ולא, אנחנו לא הולכים לדבר על בעיטות בננה.

גבוה יותר – קפיצת פוסברי

כשאנחנו רוצים לקפוץ גבוה, הדרך האינטואיטיבית לעשות את זה היא פשוט לרוץ ולקפוץ, כשאנחנו מעלים את רגלינו גבוה ככל האפשר. זו אכן זאת הייתה השיטה המקובלת עוד ביוון העתיקה. בשנות ה-60 של המאה ה-20 הגיע אתלט צעיר בשם דיק פוסברי () ופיתח שיטה חדשה – הוא קפץ הפוך, עם הגב כלפי מטה. הטכניקה החדשה שפיתח אפשרה לו לקטוף את מדלית הזהב במשחקים האולימפיים במקסיקו 1968. כיום לא תראו אתלטים קופצים לגובה בשום טכניקה אחרת.

מה כל כך טוב בטכניקת פוסברי? מילות המפתח הן מרכז כובד. מרכז הכובד הוא נקודה דמיונית שנמצאת במרכז המסה של הגוף, כך שבממוצע המסה מעליה שווה למסה מתחתיה, המסה משמאלה שווה למסה מימינה, וכן הלאה. אצל בני אדם הנקודה הזאת נמצאת בערך באזור הטבור. אם ניקח כדור שצפיפותו אחידה, נקודת מרכז הכובד תהיה במרכז שלו, אבל בגופים שצורתם מורכבת יותר היא יכולה להיות במקומות אחרים ואפילו לגמרי מחוץ לגוף, למשל בבננה או בכעך.

כשאנחנו קופצים לגובה אנחנו שואפים להרים את מרכז הכובד שלנו כמה שיותר גבוה. בשיטה המסורתית הקופצים היו מעבירים את מרכז הכובד שלהם מעל לרף, אבל פוסברי "רימה את השיטה": בקפיצתו ההפוכה הוא קימר את גופו והצליח כך לשמור את מרכז הכובד שלו נמוך יותר מגובה המוט בשעה שהוא חלף מעליו. אם תסתכלו בקופץ שמשתמש בשיטה זו, תראו שבכל רגע נתון מרכז מסת הגוף שלו היא מתחת למוט, אבל חלק הגוף שעובר את המוט באותו רגע נמצא מעליו. כך הוא היה צריך להשקיע פחות מאמץ בעליה מעלה אל מעבר לרף. השיטה החדשה לא הגביהה משמעותית את הגובה שאליו הגיע מרכז הכובד שלו, אבל גופו עבר את הרף בכל זאת.

הסבר מקיף על קפיצת פוסברי (באנגלית) מאת אסף בר-יוסף ב-TEDed

הסרטון הופק בידי TEDed

להפיל את היריב

גם בג'ודו מרכז הכובד ממלא תפקיד חשוב. אם נטה את גופנו הצידה, מרכז הכובד שלנו יזוז גם הוא, ואם ניטה הצידה יותר מדי, מרכז הכובד שלנו כבר לא יהיה מעל כפות הרגליים שלנו ואנחנו נאבד את שיווי המשקל וניפול. לא פעם אנחנו רואים שני יריבים בג'ודו, שהאחד גדול וכבד יותר מהשני, אבל יריבו בכל זאת מצליח להפיל אותו. יש שתי דרכים עיקריות לעשות זאת, בהטלה או באמצעות מנוף. 

בדרך הראשונה הג'ודוקא (לוחם הג'ודו) מטה את גופו של היריב קדימה בעזרת הרגל, בתנועה שקראת גריפה. המהלך הזה גורם למרכז הכובד של היריב לזוז קדימה (או אחורה) והוא מאבד את שיווי המשקל שלו ונופל.

 

 

 

גריפה בג'ודו | תרשים: colonga123456, שאטרסטוק

הדרך שנייה עושה שימוש בעקרון המנוף, או נקודת המשען. מייחסים לארכימדס את האמירה, "תנו לי נקודת משען ואוכל להזיז את העולם". כשאנחנו תופסים את ידו של המתחרה ומשעינים אותה על הכתף שלנו, אנחנו יוצרים לעצמנו נקודת משען ומנוף - הזרוע של היריב עצמו - ולכן צריכים הרבה פחות אנרגיה כדי להניף את היריב. מספיקה תנועה קלה כדי להזיז את מרכז הכובד שלו, ואז הדרך שלו לרצפה סלולה. זה מזכיר קצת נדנדה שבצד אחד שלה יושב ילד קל ומולו ילד כבד. אם שניהם יושבים בקצות הנדנדה, היא תיטה בהכרח לעבר הילד הכבד, אבל אם הוא יתקרב למרכז הנדנדה, שם נמצאת נקודת המשען, יהיה קל יותר לילד הקטן להרים את הצד שבו יושב חברו.


הטלה בג'ודו | תרשים: colonga123456, שאטרסטוק

אמנות הסחרור – השלשה המושלמת

יש בכדורסל רגעים שבהם סל אחד מחוץ לקשת שלוש הנקודות יכול להכריע משחק שלם – זוכרים את "הנס של ז'לגיריס"? בקליעה לסל השחקן צריך להתחשב בהמון משתנים פיזיקליים, כגון עוצמת הזריקה, הזווית שלה וסיבוב הכדור סביב צירו, והכול בתנועה ותחת שמירה של שחקן הגנה. 

לפני כמה שנים התפרסם מחקר שניתח את התנאים האידיאליים לקליעת שלשה. על פי המחקר, אם נותנים לכדור בזמן הזריקה סחרור (ספין) קל לכיוון השחקן, ולא סתם זורקים בקשת, יש סיכוי טוב יותר שהוא ייכנס לסל. הסחרור מפעיל על הכדור כוח עילוי קל שמאפשר לשחקן לזרוק אותו קצת יותר חלש ועדיין להגיע לחישוק. כך הכדור מגיע לסל לאט יותר, דבר שמקטין את הסיכון שיעוף החוצה בעקבות הפגיעה בסל.

אותו חוקר חישב גם את הזווית והעוצמה האידיאליים לקליעה, והרי הם לפניכם: ממרחק של שבעה מטרים מהסל הכי טוב לזרוק את הכדור בזווית של 45 מעלות ובמהירות של קצת פחות מ-32 קמ"ש וסחרור של שני סיבובים לשנייה. זה דבר שבהחלט אפשר להתאמן עליו אבל קשה ליישם מול הגנה קשוחה' כשנשארות שניות ספורות על שעון ה-24.

אחותה של הבננה – כדור מסובב בבייסבול

הדוגמה המפורסמת ביותר למהלך שנראה כאילו הוא סותר את כללי הפיזיקה היא בעיטת הבננה המרהיבה בכדורגל, אבל במקומה אספר לכם על אחותה הקטנה והמדליקה מאמריקה – הזריקה המסובבת בבייסבול. בדומה לבעיטת הבננה, גם כאן המוסר זורק את הכדור קדימה, אך קצת לפני שהוא מגיע ליעדו הכדור משנה פתאום את מסלולו. הסיבה שבגללה זה קורה היא הסחרור שהזורק נותן לכדור. הכדור נזרק ישר במהירות גבוהה ועם סחרור גבוה. כשהכדור מתקדם באוויר החיכוך מאט את תנועתו, והסיבוב שלו יוצר מערבולות שגורמות לו לשנות בשלב מסוים את כיוונו.

זה בדיוק מה שקורה גם בבעיטת הבננה, אבל כאן יש למוסר הרבה יותר אפשרויות. בכדורגל השחקן בועט בצד הכדור ולכן המסלול שלו מתעקל לאותו צד. בבייסבול אפשר לתת לכדור סחרור בכל כיוון שנרצה וליצור לו כל מיני תנועות מעניינות, כמו סיבוב שיגרום לו להתרומם למעלה בגלל הפרשי הלחצים מעליו ומתחתיו, או דווקא לצנוח למטה מהר יותר פתאום באמצע המסלול.

 

 
זריקת כדור מסובב בבייסבול | הנפשה: AtomicRED, ויקיפדיה

הגיאוגרפיה של המחבט – Sweet spot בטניס

בכל מחבט, למשל טניס, בייסבול או גולף, קיימת נקודה מופלאה שמכונה באנגלית "Sweet spot" – מקום שכשהכדור נוגע בו הוא מקבל מהמחבט תנופה מקסימלית. לכאורה זה לא נשמע מרגש במיוחד, אבל לפעמים זה מה שמבדיל בין ניצחון להפסד.

הנקודה הזאת לא נמצאת במרכז המחבט, אלא דווקא קרוב יותר לתחתיתו. מקומה המדויק וגודלה מושפעים ממבנה המחבט, מחוזק הסיבים שלו ועוד. כיום, בעזרת טכנולוגיות סיבים מתקדמות, מייצרים מחבטים עם "נקודה מופלאה" גדולה יותר, דבר שמעלה את הסיכוי שהשחקן יפגע בה. למעשה, כיום מדויק יותר לדבר על אזור, ולא על נקודה בלבד.