Lietanie bez krídel

Bočný profil lietajúcich tanierov: vľavo – discgolfové disky (zdola nahor putter/midrange/driver); vpravo – ultimatový disk, foto B. Hergelová

Hej, Frank!, skríkol John, keď dojedal koláč, po ktorom mu zostal ľahký hliníkový tanier. Mám nápad, chytaj! pokračoval, otočil tanier hore dnom a zarotovaný ho hodil smerom k Frankovi. Asi takto mohol prebiehať jeden letný študentský deň na začiatku 20. storočia na Yalovej univerzite v USA. Začala sa písať história lietajúcich tanierov.

Hliníkové podnosy však nemali dobré letové vlastnosti. K masovému rozšíreniu lietajúcich tanierov začiatkom 50. rokov výrazne prispel nápad vyrobiť ich z dostupnejšieho materiálu – z plastu. A tak sa zrodili plastové taniere – frisbee, ktoré čoraz viac sprevádzali človeka počas voľnočasových aktivít v parkoch, na plážach a v športových halách. Zlepšenie letových vlastností tanierov posunulo vývoj od rekreačného hádzania k novým druhom kolektívnych aj individuálnych športov, ktorým sa dnes venujú státisíce nadšencov po celom svete. Medzi najrozšírenejšie patrí tímová hra ultimate a obdoba golfu s lietajúcim tanierom – discgolf. Existuje veľa typov lietajúcich tanierov vyvinutých špeciálne pre konkrétne potreby daného diskového športu. Napríklad taniere pre ultimate sú mäkšie, majú väčší priemer a sú vhodné na chytanie na rozdiel od discgolfových diskov. Tie majú menší priemer a ostrejšie hrany vhodnejšie na hody na väčšie vzdialenosti.

Obtekanie disku vzduchom a sily pôsobiace naň v ťažisku (Ť) a v pôsobisku aerodynamických síl (P), ilustrácia B. Hergelová

Lietajúci zotrvačník

Z fyzikálneho hľadiska v sebe lietajúci tanier kombinuje vlastnosti krídla a gyroskopu (rotujúceho zotrvačníka), ktorý tanieru dodáva potrebnú stabilitu počas letu. Keďže let taniera funguje na princípe krídla, výrazný vplyv na jeho trajektóriu má interakcia taniera s okolitým vzduchom. Keby sme zanedbali vplyv vzduchu, potom by tanier vypustený z ruky vodorovne so zemou vo výške 1,3 m rýchlosťou 80 km/h doletel na vzdialenosť len zhruba 12 m. Na porovnanie, skúsenejší hráči discgolfu touto rýchlosťou bežne hádžu disky na vzdialenosti dlhšie než 100 m. Gravitačná sila priťahuje tanier smerom k zemi a jej výsledné pôsobisko je v ťažisku taniera, ktoré sa vďaka kruhovému tvaru taniera nachádza v jeho strede. Vzduch obtekajúci tanier má na rôznych miestach povrchu taniera rôznu rýchlosť. Z Bernoulliho rovnice vieme, že čím väčšia je rýchlosť obtekajúceho vzduchu, tým menší je dynamický tlak, ktorým vzduch na tanier pôsobí. Prúdenie vzduchu okolo taniera je vcelku komplikované, ale vo všeobecnosti platí, že vzduch tečúci nad tanierom sa pohybuje rýchlejšie ako pod ním, preto výsledná aerodynamická sila tanier nadnáša. Aerodynamickú silu môžeme rozdeliť na dve časti: odpor vzduchu pôsobiaci proti pohybu taniera a vztlak pôsobiaci proti gravitačnej sile. Odpor vzduchu a vztlak sú úmerné rýchlosti, s akou sa tanier pohybuje vzhľadom na vzduch.

Uhol nábehu a rotácia

Backhand sa hádže s rukou natiahnutou popred telo na opačnú stranu. Rukou ťaháme disk zozadu, s chrbtom ruky predchádzajúcim dlaň. Na fotografii je hráčka z tímu Outsiterz, foto J. Feilhauer.

Druhým významným parametrom ovplyvňujúcim let taniera je uhol pozdĺžneho naklonenia taniera vzhľadom na smer jeho rýchlosti, teda uhol nábehu. Pokiaľ je uhol nábehu veľký (teda aj prierez taniera v smere letu), bude veľká nielen vztlaková sila, ale aj odpor vzduchu. Naopak, pokiaľ je tanier orientovaný rovnobežne so smerom letu, vztlak aj odpor vzduchu sú minimálne. Najväčší vztlak vzhľadom na odpor vzduchu dosahuje bežný lietajúci tanier, keď je hodený pod uhlom približne 10°. Uhol nábehu určuje aj bod na tanieri, v ktorom pôsobí výsledná vztlaková sila. Pôsobisko vztlakovej sily (P) totiž nemusí (na rozdiel od gravitačnej sily) ležať v ťažisku taniera. V dôsledku symetrie taniera sa bod P nachádza na pozdĺžnej osi taniera prechádzajúcej ťažiskom v smere letu. Od uhla nábehu však závisí, či bude bod P ležať pred ťažiskom alebo za ním. Vztlaková sila tak vytvára moment sily (M) vzhľadom na ťažisko, ktorý podľa Newtonových zákonov pre dynamiku tuhého telesa spôsobí natáčanie taniera počas letu. Tretím dôležitým parametrom ovplyvňujúcim let taniera je rotácia. Keby tanier nerotoval, potom by sa vplyvom momentu vztlakovej sily naklápal v pozdĺžnom smere (smerom hore alebo dole). Tým by prakticky okamžite stratil stabilitu a doletel by iba pár metrov. Rotáciou okolo zvislej osi sa z taniera stáva gyroskop, ktorý lepšie odoláva poryvom vzduchu. Preložené do reči fyziky, rotáciou získava tanier moment hybnosti L (ktorý je priamo úmerný hmotnosti a otáčkam taniera). Čím je moment hybnosti väčší, tým väčší moment sily pôsobiaci na tanier potrebujeme na jeho zmenu. Vďaka gyroskopickému princípu sa tanier namiesto natáčania v pozdĺžnom smere mierne nakláňa do strán – precesuje.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 05/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Beáta Hergelová a Juraj Feilhauer

Komentáre