Trong mắt kỹ sư NASA, pikleball ẩn chứa bí mật lý thú nào?

Một phần khiến Pickleball trở nên hấp dẫn vì nó chứa đựng cả một rừng các hiện tượng vật lý hết sức thú vị.

27/05/2025 16:10

Chúng ta đang ở một thời điểm mà người người chơi Pickleball, nhà nhà chơi Pickleball. Những sân Pickleball mọc lên ở khắp mọi nơi, thậm chí nhiều chủ sân tennis đã ngừng kinh doanh để cải tạo sân chuyển sang loại hình thể thao mới. Tại Mỹ, Pickleball cũng đã trở thành môn thể thao tăng trưởng nhanh nhất trong vòng 4 năm liên tiếp.

Theo một hiệp hội thương mại, hiện có hơn 13,6 triệu người Mỹ chơi Pickleball, biến nó trở thành môn thể thao có lượt người chơi mới tiếp cận tăng nhanh nhất. Các thị trấn, trường học và câu lạc bộ Pickleball đang mọc lên ở khắp mọi nơi, thu hút mọi lứa tuổi tầng lớp nhân dân.

Không đứng ngoài tâm chấn cuồng nhiệt của môn thể thao ấy là Phil Hipol, một kỹ sư động lực học kết cấu đã làm việc trong ngành hàng không vũ trụ lâu năm. Hipol đã từng viết một cuốn sổ tay về tiêu chí môi trường động cho Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), cùng một cuốn cẩm nang khác liên quan đến rung động và chống sốc cho ngành công nghiệp.

Và khi bắt đầu chơi Pickleball, anh ấy chợt nhận ra môn thể thao này có rất nhiều điểm tương đồng với chuyên ngành của mình, từ động học của trái bóng, kết cấu bề mặt vợt cho tới các rung động và tiếng 'pop' đặc trưng mà Pickleball tạo ra. Người ta nói khi Hipol ra sân Pickleball, thứ anh ấy thấy không phải là vợt và trái bóng, quanh anh chỉ toàn là công thức vật lý.

Một trong những nguyên lý cơ bản của vật lý chi phối Pickleball là chuyển động ném, mô tả đường đi của một vật thể khi nó di chuyển trong không khí dưới tác động của trọng lực. Khi một quả Pickleball bị đánh bằng vợt của người chơi, nó sẽ đi theo một quỹ đạo cong được gọi là cung parabol, về cơ bản, cũng giống như đường đi của các vật thể bay như tên lửa.

Góc và tốc độ mà quả bóng được đánh, kết hợp với lực hấp dẫn, xác định hình dạng và độ cao của quỹ đạo của quả bóng. Người chơi có thể điều chỉnh quỹ đạo của bóng bằng cách điều chỉnh góc của mặt vợt và lực vung vợt. 'Điều quan trọng là bạn phải có khả năng dự đoán đường đi hoặc quỹ đạo của quả bóng để có thể định hướng vợt tốt hơn hoặc định vị mình trên sân để trả bóng theo hướng bạn muốn', Hipol cho biết.

'Các kiến thức trong lĩnh vực động học cho phép chúng ta giải quyết nhiều khía cạnh khác nhau của chuyển động bóng Pickleball như vận tốc, gia tốc, độ dịch chuyển và thời gian bay của bóng. Ngoài ra còn lực tác động của vợt hoặc mặt sân, hoặc các hiệu ứng khí động học cũng cần được giải quyết'.

Trong một loạt các bài viết của mình tập trung vào bóng Pickleball, Hipol đã xây dựng được các phương trình liên quan đến chuyển động, vận tốc, lực cản không khí và thậm chí cả độ mòn và tuổi thọ của bóng.

Anh thậm chí còn viết một cuốn cẩm nang, Pickleball Science, để giải thích các nguyên tắc vật lý của trò chơi này đồng thời chứng minh cho những ai muốn chơi tốt Pickleball, họ cũng cần một số kiến thức cơ bản về toán và vật lý chứ không phải cứ mặc quần áo đẹp, mua vợt xịn ra sân là chơi giỏi được.

Trong khi cú giao bóng tennis nhanh nhất đạt tới vận tốc 263,4 km/h (kỷ lục do vận động viên người Australia Sam Groth thiết lập năm 2012) thì cú giao bóng Pickleball nhanh nhất đạt được chỉ dừng lại ở con số 95,56 km/h (do vận động viên người Mỹ Riley Casey thiết lập năm 2024).

Các phương trình của Hipol chỉ ra vấn đề lớn nhất về tốc độ bóng chậm trong Pickleball không phải do sự khác biệt về vợt, bóng hoặc vật liệu cũng như trọng lượng của chúng, mà từ một thứ cơ bản hơn nhiều. Luật chơi của Pickleball yêu cầu bạn phải giao bóng thấp hơn thắt lưng của mình, trong đa số trường hợp, vị trí này thấp hơn chiều cao của lưới.

Dựa trên luật này, bóng Pickleball bay càng gần đỉnh lưới thì đạt được vận tốc càng cao. Hipol đã sử dụng các công thức để tính ra đa số các cú giao bóng Pickleball thường chỉ đạt được vận tốc tối đa 64 km/h, tại đỉnh lưới.

Nhưng nếu người chơi sử dụng kiến thức về một hiện tượng gọi là Hiệu ứng Magnus, họ có thể tăng tốc độ giao bóng lên tối đa 105 km/h. Vì vậy, kỷ lục 95,56 km/h của Riley Casey về mặt lý thuyết vẫn có thể bị phá vỡ, bởi ngay cả các người chơi nghiệp dư.

Hiệu ứng Magnus được đặt theo tên của Heinrich Gustav Magnus, nhà vật lý người Đức đã nghiên cứu về nó từ thế kỷ 19. Magnus phát hiện ra rằng nếu một vật thể vừa bay vừa quay trong không khí, quỹ đạo và vận tốc của nó có thể thay đổi.

Áp dụng nó vào cú giao bóng Pickleball, Hipol cho biết bằng cách đưa vợt trượt qua bóng, để bóng xoáy lên trên trong một kỹ thuật gọi là 'topspin', người chơi có thể làm không khí phía trên bóng Pickleball di chuyển nhanh hơn, trong khi không khí phía dưới di chuyển chậm hơn. Kết quả là họ sẽ tạo ra một lực hướng xuống, ép bóng xuống nhanh hơn, đồng thời giúp nó giữ được vận tốc cao khi chạm đất.

Những người chơi Pickleball hiểu cách sử dụng topspin nên cải thiện thêm kỹ thuật của mình hoặc chọn vợt có thể tăng lượng topspin trong các cú đánh của họ. Hơn nữa, tất cả người chơi nên học cách sử dụng topspin để tăng thêm sự đa dạng cho các cú đánh của họ để khiến đối thủ phải đoán già đoán non'.

Bây giờ, giả sử bạn đã có một cú topspin hoàn hảo tạo ra vận tốc bóng 105 km/h, câu hỏi đặt ra là liệu cú đánh đó của bạn có thể một phát ăn ngay được hay không? Điều này phụ thuộc vào thời gian bay của trái bóng, khoảng cách giữa hai người chơi và tốc độ phản ứng cơ bắp tới hạn của con người.

Trong cú giao bóng, khoảng cách giữa 2 người chơi đứng chéo sân thường là từ 12-14 mét. Một cú topspin sẽ đẩy bóng tới bạn trong vòng 0,41-0,48 giây. Để so sánh, nghiên cứu cho thấy phản xạ nhanh nhất của con người đối với các tác vụ đơn giản thường dao động trong khoảng 0,1 đến 0,2 giây. Con số này được tính cho người khỏe mạnh, đặc biệt là vận động viên hoặc người trẻ tuổi được huấn luyện tốt.

Thế nhưng, với các phản xạ dạng phức tạp, ví dụ khi cần phân biệt nhiều kích thích hoặc đưa ra quyết định, chẳng hạn như theo dõi đường bóng, chọn đánh bên trái hay bên phải, thời gian phản xạ của chúng ta thường chậm hơn, kéo dài ra khoảng 0,2 đến 0,4 giây. Thật may mắn, đây vẫn là khoảng thời gian cho phép bạn đỡ được cú topspin hoàn hảo của đối thủ.

Tuy nhiên, nếu đó không phải một cú giao bóng mà là cú đánh trên lưới, nơi khoảng cách giữa 2 người chơi bị rút xuống còn 5 mét, bạn sẽ cần phản xạ trong vòng 0,17 giây. Đây là con số gần như tới hạn với thời gian phản ứng có ý thức của con người. Vì vậy, nếu bạn thực hiện được một cú topspin trên lưới, gần như là bạn sẽ có điểm.

Bất kể người chơi Pickleball nào khi mới tiếp xúc với bộ môn này đều bị bất ngờ bởi một thứ: Độ ồn của nó, cụ thể là tiếng 'pop' độc đáo phát ra từ mặt vợt khi nó đập mạnh vào trái bóng. Hipol cho biết tiếng động này có thể lên tới 120 decibel (dB). Để so sánh, 120 dB là độ lớn của tiếng búa đập vào đinh hoặc tiếng còi xe cứu thương chạy qua.

Nhưng làm sao âm thanh có thể lớn như vậy? Hipol nói rằng trong trường hợp này, độ ồn lớn 'không phải do quả bóng mà là do vợt'. Hầu hết vợt Pickleball đều có một lớp bề mặt cứng, và thời gian tác động ngắn của vợt với quả bóng—chỉ khoảng 4 mili giây—khiến nó rung lên như da của một chiếc trống.

Các nhà sản xuất vợt Pickleball, vì muốn giảm trọng lượng và tăng độ đàn hồi đã làm phần bên trong của vợt có hình tổ ong rỗng. Chính độ rỗng đó đã khuếch đại âm thanh và các tổ ong tạo ra âm thanh cộng hưởng đẩy nó lên tới ngưỡng 120 dB.

Cũng vì lý do này mà ở Mỹ, nhiều người sống gần sân bóng Pickleball bắt đầu khiếu nại về độ ô nhiễm tiếng ồn của môn thể thao này. Vì vậy một số nhà sản xuất đã bắt đầu tiếp thị những chiếc vợt 'yên tĩnh', mà Hipol cho biết có thể bao gồm một lượng chất xốp bên trong để hấp thụ một sóng âm thanh.

Theo Tuệ Minh (Scientific American)/Tri thức & Cuộc sống