Badminton spårar sina rötter tillbaka mer än ett årtusende, men den moderna versionen av racketspelet har sitt ursprung i slutet av 1800-talet i England. Idag är det den näst populäraste sporten i världen efter fotboll, med uppskattningsvis 220 miljoner människor som tycker om att spela. Under de senaste tre decennierna har badminton varit en konkurrenskraftig olympisk sport, och med "fågel"hastigheter som toppar 300 mph i "smash" skott, är det verkligen en spännande publiksport.

Fjädrar, även känd som birdies eller fåglar, är traditionellt gjorda av ankfjädrar, men nylonfjädrar har blivit mer utbredda på grund av deras överlägsna hållbarhet. Deras flygbeteende skiljer sig dock mycket från traditionella fjäderfåglar.

I Physics of Fluids, en trio av forskare i Indien undersökte nylonfjäderbollarnas aerodynamiska prestanda vid olika flyghastigheter. Genom beräkningsanalyser baserade på tvåvägs vätskestruktur-interaktioner kopplade teamet ekvationer som styr luftflödet med ekvationer som bestämmer kjoldeformation av en fjäderboll under flygning. Artikeln har titeln "Computational analysis of the fluid-structure interactions of a synthetic badminton shuttlecock."

"Vi studerade flödet genom att undersöka aerodynamiska krafter på fjäderbollen såväl som dess deformationer vid varje flyghastighet", säger författaren Sanjay Mittal. "Trycket på kjolen gör att den deformeras inåt och denna deformation ökar med hastigheten."

Teamet identifierade fyra distinkta deformationsregimer. Vid hastigheter mindre än 40 meter per sekund (89 mph), bibehåller kjolen cirkuläritet trots tvärsnittsdeformation; vid högre hastigheter bucklas den och deformeras till en fyrkant innan den sedan vibrerar radiellt. Så småningom genomgår den en lågfrekvent vågliknande omkretsdeformation.

"Tvärsnittsarean av fjäderbollen minskar med hastigheten, vilket sänker luftflödet genom fjäderbollen", sa Mittal. "Virvelstrukturerna som bildas inuti fjäderbollen försvagas när den deformeras. Som ett resultat av dessa effekter ger den deformerade fjäderbollen ett mycket lägre luftmotstånd jämfört med sin stela motsvarighet."

Studiens beräkningsresultat bekräftar experimentella mätningar, och förklarar fenomenologin varför en fjäderfjäderboll inte deformeras lika mycket som en nylonfjäderboll - och varför var och ens flygning i hög hastighet är helt annorlunda. Ur perspektivet av en spelare på den mottagande sidan av ett smash shot, är nylonfjäderbollen, som färdas snabbare, svårare att återvända.

I slutändan kan forskningen representera en ny båge i den älskade sportens historia.

"Vår studie öppnar möjligheten för förbättrade konstruktioner som gör nylonfjäderbollen strukturellt styvare så att den närmare efterliknar fjäderfjäderbollarnas aerodynamiska prestanda", säger Mittal. "Det här kan vara en spelomvandlare, bokstavligen."

Mer information: Beräkningsanalys av vätskestrukturens interaktioner hos en syntetisk badmintonfjärdeboll, Fysik av vätskor (2024). DOI:10.1063/5.0182411

Journalinformation: Fysik av vätskor

Tillhandahålls av American Institute of Physics