Физики раскрыли свойства «волшебной грязи» для бейсбольных мячей

❋ 4.8

Группа исследователей проверила, на самом ли деле грязь из реки в Нью-Джерси, которую в американском бейсболе считают неотъемлемой частью игры — инструкция по ее использованию вписана в правила, настолько особенная. Физические эксперименты помогли ученым понять, что за свойства делают этот материал уникальным и как его характеристики можно применять в механике.

Физика

# адгезия

# бейсбол

# грязь

# механика

# спорт

# трение

# частицы

Состав и микроструктура грязи для втирания в бейсбольные мячи. (A) Визуализация микроструктуры чистой поверхности бейсбольного мяча (вверху) и поверхности бейсбольного мяча, покрытой грязью (внизу), с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (CLSM) (зеленые изображения) и сканирующей электронной микроскопии (SEM) (серые изображения) / © Proceedings of the National Academy of Sciences, Shravan Pradeep et al.

Бейсбол пропитан множеством суеверий, традиций и ритуалов, поэтому даже не удивительно, что с середины прошлого века в Главной лиге бейсбола (MLB) в Северной Америке спортсмены натирают мячи некой грязью для лучшего сцепления. Закупают они ее у Джима Бинтлиффа, единственного в США добытчика и поставщика. Нередко эту грязь называют «магической» или «волшебной», а история ее неясна, поскольку место, где ее впервые нашли и до сих пор добывают, хранится в тайне.

Известно лишь, что грязь обнаружили в притоке реки Делавэр в штате Нью-Джерси (США), а также как ее обрабатывают — и то с фирменными секретами. После сбора материал процеживают, удаляют лишнюю воду, промывают и после некоторых манипуляций отстаивают. Грязь для растирания бейсбольных мячей (ее называют Rubbing Mud) уже доказала свою эффективность: MLB даже выпустила строгие инструкции для игроков, как именно нужно ею пользоваться. Например, грязь нужно наносить на поверхность не менее 30 секунд в день игры, также прописаны особые правила хранения и прочее.

При этом с научной точки зрения действие Rubbing Mud проверили только два года назад — и существенного влияния не обнаружили, гораздо лучше себя показала порошкообразная канифоль, которую используют в Японском профессиональном бейсболе (NPB). Авторы новой научной работы, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, провели более детальное исследование «магических» свойств бейсбольной грязи и раскрыли несколько ее необычных качеств.

(A) Фотография человеческой руки, захватывающей поверхность бейсбольного мяча (слева), и реконструкция сцепления при увеличении (справа). (B) Прибор, настроенный для имитации захвата рукой поверхности бейсбольного мяча. Эксперименты проводятся при постоянной приложенной нормальной нагрузке. (C) Вид сверху установки с иллюстрацией вырезанных фрагментов из бейсбольной кожи, приклеенных к пластинам в нижнем модуле. (D) Изменение коэффициента трения в зависимости от приложенной скорости скольжения для сферы, имитирующей палец — в контакте с чистой (розовый) и загрязненной (синий) бейсбольной поверхностью / © Proceedings of the National Academy of Sciences, Shravan Pradeep et al.

Специалисты проанализировали состав материала и размер частиц. Микроструктуру изучили с помощью лазерного сканирующего микроскопа. Грязь проверили на деформацию и текучесть на специальном приборе, а для исследования взаимодействия частиц на коже мяча с кожей пальцев питчера (тот, кто бросает) физики соорудили установку и провели эксперименты. Нижний модуль состоял из трех пластин, на них крепились фрагменты бейсбольных мячей — чистые, «грязные» и «грязные», но высушенные за ночь. Верхняя часть установки имитировала человеческий палец, он был таким же упругим, а кожное сало заменили животным жиром.

Поведение бейсбольной грязи напомнило исследователям природу мелкозернистой грязи и крема для кожи. Причем Rubbing Mud вполне может конкурировать с косметикой в смысле распределяемости. Грязь покрывает пористую поверхность бейсбольного мяча равномерным тонким слоем разноразмерных частиц, похожих на ил (половина глины, половина кварцевого песка), а количество воды в материале подобрано так, что он неустойчив и при трении ведет себя как жидкость.

Следующие эксперименты показали, что угловатые песчаные частицы, чей размер не превышал 169 микрометров, на поверхности мяча после высыхания увеличивают его трение вдвое. По словам авторов статьи, если смотреть на «грязный» мяч в мелком масштабе, то он кажется шероховатым, но в крупном, наоборот, становится гладким и однородным на ощупь.

Исследователи ответили на вопрос, является ли Rubbing Mud особенной, нет и да. Необычной чертой они назвали пропорции, но не ингредиенты бейсбольной грязи. Такой материал может быть эффективной смазкой, если из него удалить песок, но и отличным фрикционным агентом, то есть обеспечивать высокое сцепление на скользких поверхностях. Вдобавок высокие адгезивные свойства бейсбольной грязи (благодаря мелким частицам прилипание удваивалось) можно использовать и в строительстве, в частности в связующих материалах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.