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Lo Straordinario Mondo della Fisica del Biliardo - di David Alciatore

"Prima parte - Introduzione"
 

Come suggerito dal Dr. David Alciatore, autore di numerosi studi e pubblicazioni sul pool e sul biliardo in genere, avere un piccolo bagaglio di conoscenze dei fenomeni fisici è per l'appassionato di biliardo importantissimo. Per questo ho deciso di tradurre uno dei suoi articoli più significativi, un sunto dei suoi studi. Lo ringrazio calorosamente per avermi consentito di proporre questa sua pubblicazione in italiano (la lingua dei suoi avi) attraverso la nostra rivista.
Il professor David Alciatore è docente di Fisica alla facoltà di Ingegneria Meccanica della Colorado State University (USA). Il suo link di riferimento è il seguente:

http://billiards.colostate.edu/

mentre questo è il link dell'articolo originale "The Amazing World of Billiards Physics", scritto per la rivista Scientific American, nel Maggio del 2007:

http://billiards.colostate.edu/physics/Alciatore_SCIAM_article_posted_version.pdf

Il Dr. Alciatore insegna la Fisica ai suoi studenti anche attraverso il biliardo, e per una migliore interpretazione di alcuni fenomeni si avvale di una strumentazione piuttosto costosa, costituita da una videocamera ad alta frequenza di fotogrammi, grazie alla quale riesce ad immortalare anche sequenze di millesimi di secondo. Per una migliore comprensione ha deciso di divulgare gran parte del materiale che ha raccolto, mettendolo a disposizione sul suo sito Internet. Chiaramente le sequenze video a velocità normale (le NV) sono in lingua originale, l'inglese, ma si capiscono abbastanza bene. Preziosissime sono inoltre le sequenze ad alta frequenza di fotogrammi (le HSV) dove vengono appunto chiariti molti fenomeni, finora solo ipotizzabili.

Questa è la prima delle quattro parti in cui ho deciso di suddividere l'articolo. Le restanti verranno proposte man mano nelle prossime uscite del bweb Magazine. Ringrazio il nostro prezioso Enrico Galli per l'aiuto che mi ha offerto nell'opera di revisione della traduzione.

Buona lettura!

 

E' il 1810, sei in una prigione francese, ma poiché sei un prigioniero modello ti viene dato accesso al tavolo da pool, donato da un aristocratico locale. La tua stecca è un bastone vecchio stile che ha una solida punta di legno, perché il gommino non è stato ancora inventato. La punta di legno si rovina e non permette più un buon contatto con la palla da biliardo... non che lo sia mai stato davvero. Decidi di strappare un piccolo pezzo di cuoio dalle tue scarpe per fissarlo alla estremità rovinata della stecca per migliorare il contatto con la biglia. All'improvviso, la tua accuratezza ed il possibile arsenale di tiri migliora in maniera radicale.

Suona come una storia incredibile? Bene, questo è ciò che nel complesso è accaduto a Franēois Mingaud, il prigioniero francese accreditato di aver inventato il cuoietto della stecca da biliardo. La punta di cuoio permette al giocatore di impartire l'English (la rotazione, l'effetto) sulla biglia, il quale effetto laterale è causato dal colpo sulla palla fuori dal centro (di massa). Così un Frenchman ha inventato l'English del biliardo. L'effetto consente al giocatore di controllare meglio dove la biglia si dirige durante un tiro (vedere NV 4.25). Il cuoietto fu un'invenzione monumentale per il mondo del pool; cosa interessante, il materiale non è cambiato di molto da allora. Noi stiamo usando ancora le stecche di legno con la punta in cuoio.

Bene, lo scopo principale di questo articolo non è di raccontare la storia dell'attrezzatura di biliardo. Invece, noi osserveremo il meraviglioso mondo della fisica del biliardo e mostreremo come un po' di conoscenza di fisica può aiutare ad essere un giocatore migliore. Per prima cosa, partiremo con un po' di terminologia.

 
TERMINOLOGIA

Billiards è un termine che si riferisce generalmente a tutti gli sport con la stecca. Questo include il pocket billiards, giocato sui tavoli con le buche. Il pool americano e lo snooker britannico sono i due più comuni tipi di pocket billiards. Il palla8 ed il palla9 sono i due più comuni giochi di pool. Qualche specialità di biliardo è giocata sui tavoli senza le buche. Prima che le sale da pool arrivassero in America, la carambola a 3 sponde era un gioco molto popolare. Il termine pool viene storia dalle origini del gioco, dove la scommessa (come un football pool) fu spesso parte del gioco (ed ancora lo è in molte sale da pool).

La figura1 illustra molti degli importanti termini che si usano per descrivere i tiri del pool. La stecca indirizza la biglia battente (CB, cue ball) verso una biglia obiettivo (OB, object ball). Dopo la collisione la CB si dirige verso la linea tangente e la OB si dirige nella desiderata linea di impatto (detta anche linea dei centri). La chiave per mirare un tiro è di essere capaci di visualizzare l'obiettivo, la palla fantasma (GB, ghost ball). Questo è il punto dove la CB deve trovarsi quando essa impatta la OB per mandare la OB nella direzione desiderata, che è lungo la linea che congiunge i centri della GB e della OB (vedere NV 3.1 ed NV 3.2 per un consiglio di come esercitarsi e migliorare la propria visualizzazione e l'abilità di mira).

Figura
Figura 1
 

La figura1 rappresenta ciò che accade idealmente, come nello schema di un articolo di un libro o di un magazine. Sfortunatamente, nella vita reale, avvengono parecchi fenomeni "non ideali" durante il gioco. Come mostrato nella figura2, quando usiamo uno taglio laterale, la CB scarta via (squirt, scarto) dalla linea di mira (vedere NV 4.13 ed NV A.17), sbanda (swerve, sbandata) sulla strada fino alla OB (vedere NV 4.15 ed NV 7.12), e avvita (throw, avvitamento) la OB fuori dalla linea di direzione dell'impatto fino all'obiettivo (vedere NV 4.15, NV 4.16 ed NV A.21).

Squirt (scarto) e swerve (sbandata) saranno descritti più avanti, ed un'intera sezione sarà dedicata al throw (deviazione, avvitamento). Se non compensate la vostra mira con lo squirt, lo swerve ed il throw quando giocate a pool (consciamente o inconsciamente), non sarete mai dei validi giocatori. Dopo aver appreso un po' più nozioni su questi effetti, forse capirete un po' meglio perché in passato potreste aver sbagliato alcuni tiri; altrimenti, per lo meno avrete scuse qualche scusa in più se sbaglierete in futuro.

Figura
Figura 2
 

NV 4.14 - curva (English swerve) dovuta ad un attacco elevato

NV 4.15 - uso del throw (avvitamento) per fare un tiro parzialmente bloccato

NV 4.16 - over-cutting (tagliare maggiormente) un tiro di porzione per compensare l'avvitamento [nel senso di mirare una porzione di bilia ancora minore di quella che si vuol prendere]

NV 7.12 - tiro di massè con piccola curva

NV A.17 - squirt contro velocità

NV A.21 - colpo di sponda usando l'avvitamento ed il trasferimento di spin

 

La figura3 mostra fotogrammi selezionati da immagini di una videocamera ad alta velocità che illustra la fisica dietro al fenomeno dello squirt (scarto). L'intera sequenza può essere vista, al super-rallentatore, nel clip HSV A.49. Per primo si nota che la punta della stecca è in contatto con la palla solo tra il 2° ed il 3° fotogramma. Il "3000FPS" nella parte in basso a destra indica che la sequenza è stata filmata a 3000 fotogrammi al secondo. Il tempo trascorso (essendo un conto alla rovescia) è mostrato sulla seconda linea in alto a destra di ogni fotogramma. Il tempo trascorso tra il 2° ed il 3° fotogramma è di soli 0,001 secondi (vedere il timer nel testo della seconda linea dell'immagine). Questo è in realtà abbastanza tipico per molti tiri di pool... la punta della stecca è in contatto con la biglia battente solo per circa un millesimo di secondo! La durata dal primo all'ultimo (il 6°) fotogramma è di 0,0127 secondi (poco più di un centesimo di secondo).

Nella figura3, si nota quanto la stecca devia dalla CB (cue ball, bilia battente) come risultato dell'impatto. Questo spiega perché la CB scarta nella direzione opposta. Newton diceva che per ogni azione c'è una reazione uguale ed opposta (il 3° principio delle sue leggi del moto). Se la stecca devia da una parte deve esserci una forza che agisce sulla punta in quella direzione e sulla CB nella direzione opposta. Così la forza che induce la stecca di legno a deviare e a vibrare con un tiro di effetto (vedere HSV 4.4) è la stessa forza che induce la CB a scartare fuori dalla linea di mira. La forza è correlata a quanta massa terminale (end mass) la stecca di legno ha. Stecche con poco scarto (Tipo la Z-saft della Predetor) hanno poca massa terminale al fine di limitare la quantità di forza trasversale che può essere impressa. Con minor massa, c'è minor forza e, perciò, minor squirt (la CB andrà più vicina alla direzione che avete mirato).

Figura
Figura 3: Primo piano de l'impatto del cuoietto durante un grande "slittamento" in un colpo a scorrere
 

HSV A.49 - colpo scorrente con grande scarto, leggero grip, buon accompagnamento e velocità elevata

HSV 4.4 - scarto (squirt) dovuto alla alta velocità di taglio (english, taglio laterale)

 

La sbandata (swerve) è causata dal fatto che la punta della stecca è sempre un po' inclinata (per evitare le sponde ai bordi del tavolo). Per questo motivo, quando colpite la CB fuori dal centro, la palla acquista due componenti rotazionali.

Una componente è lo spin laterale generato dal braccio del momento della punta della stecca sull'asse verticale della CB. La pura rotazione laterale non ha effetti sul cammino della CB finché colpisce una sponda.

L'altra componente rotazionale è chiamato massè spin (verticale). Esso è causato dalla componente verticale della forza di impatto della stecca, a sua volta dovuta all'inclinazione verso il basso della stecca. HSV A.127 mostra un valido esempio della direzione e delle conseguenze dell'effetto massè. L'attrito tra la biglia battente e il panno, causato dall'effetto massè, è perpendicolare alla direzione di movimento della biglia. Per cui, il cammino della CB è curvo. Con una maggiore elevazione della stecca, la quantità di rotazione di massè sarà maggiore, e la traiettoria della CB sarà molto più curva (vedere NV 7.11).

Forse avrete visto alcuni spettacolari esempi di questo fenomeno in TV se avete mai visto uno dei tornei di pool di Trick Shot Magic su ESPN.

 

NV 4.10 - effetti dell'english a sinistra

NV 4.11 - effetti dell'english a destra

NV 7.11 - grande curva nel tiro di massè

HSV A.127 - tiro di massè

fine prima parte

Nella prossima puntata, la seconda parte, seguirà il racconto degli studi di Coriolis, un brillante fisico-matematico dell'800 appassionato di biliardo...


 
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