Inleiding

Denk je voor eeuwig (lees ‘even’ voor de jongere Scyllanen) verlost te zijn van die angstaanjagende formules en berekeningen, krijg je dit voorgeschoteld. Nota bene in het Scylla-clubblad. Wees gerust allemaal, deze natuurkundeles zal weinig weg hebben van wat de titel je vermoedelijk had doen vrezen. Immers, we gaan het hebben over tafeltennis en in het bijzonder over “de natuurkunde van tafeltennis”.
Wat hebben die twee nou met elkaar te maken, natuurkunde en tafeltennis? Meer dan je zou denken. In vele takken van sport komen namelijk natuurkundige principes om de hoek kijken. Denk bijvoorbeeld aan een schaatser die de bocht niet meer kan houden, een verspringer die een aanloop neemt of een tennisser die serveert. Bij sport gaat het vaak om kracht en snelheid, typisch natuurkundige begrippen. Zie hier de link tussen natuurkunde en de tafeltennissport.
Mijn bedoeling is om in het clubblad (deze en komende edities) tafeltennis vanuit een natuurkundig oogpunt te belichten. Ik zal in woorden wat achterliggende natuurkunde in de tafeltennissport proberen te behandelen. Je hoeft dus niet bang te zijn voor toverformules en andere wiskundige magie. Hopelijk zullen de lessen niet al te saai overkomen en ga je wat beseffen van de wereld achter een bewegend celluloid balletje.

Les 1: Energie in de tafeltennisbal

Allereerst, wat is energie? Je komt dit woord overal tegen: energiekosten, energiedrankjes, ergens energie in steken, geen energie meer hebben etc. Het is een dagelijks begrip waar iedereen vertrouwd mee is. Aan de andere kant is energie iets vaags als je je afvraagt wat het precies inhoudt. Licht, warmte en geluid kun je allemaal zien als energie maar het zijn toch niet dezelfde zaken. Energie wordt wel gedefinieerd als het vermogen om arbeid te verrichten. Dit vermogen is een soort ‘betaalmiddel’ om iets te verwarmen, op te tillen, te laten draaien etc. (denk aan geld om iets te kopen).

Nu terug naar tafeltennis. Als je achter de tafel staat en een balletje slaat, zit er energie in de tafeltennisbal. Deze energie zorgt ervoor dat het balletje heen en weer beweegt. Deze energie moet ergens vandaan komen. Immers, het is een ‘betaalmiddel’. Het zal je niet verbazen dat de energie in het balletje afkomstig is van de fysieke inspanning van je lichaam (o.a. je slagarm). Vergelijk met: werken om geld te verdienen.
Daarnaast speelt ook de zwaartekracht een rol als energiebron. Die zorgt ervoor dat het balletje van nature omlaag valt. Stel dat er minder of geen zwaartekracht zou zijn. Hoe zou je je tafeltennis dan voorstellen? Ik zou zeggen, laat je fantasie hierbij maar los. Maar dit even terzijde.

Tot nu toe is alles te volgen, nietwaar? Nu gaan we het iets pittiger maken. Zoals gezegd bezit een bewegend balletje een bepaalde hoeveelheid energie. Deze energie noemen we voor het gemak bewegingsenergie. De hoeveelheid bewegingsenergie in de bal bepaalt de snelheid van de bal. Gaat de bal hard of zacht?
Nu kan een balletje tijdens het heen en weer bewegen ook gaan roteren om zijn eigen as. Dit wordt rotatie genoemd ofwel spin/effect in tafeltennistaal. De energie die nodig is voor deze rotatie is de rotatie-energie. De rotatie-energie geeft aan hoe snel de bal om zijn eigen as draait; dus hoeveel spin/effect er in de bal zit.
De totale energie die in een bewegend balletje zit, bestaat dus uit bewegingsenergie en rotatie-energie. Nu wordt er een dosis energie in het balletje gepompt door inspanning van je lichaam/arm: je maakt een slag. Deze ingepompte energie wordt verdeeld over bewegingsenergie en rotatie-energie. De bal krijgt dus een zekere snelheid en rotatie.
Wil je nu met dezelfde inspanning (=ingepompte energie) meer spin/rotatie geven, dan zal dat ten koste moeten gaan van de bewegingsenergie: de bal verliest dus snelheid. Misschien heb je uit eigen ervaring wel eens gemerkt, dat je minder hard slaat wanneer je veel spin probeert te geven.
Andersom geldt hetzelfde: wil je, wederom met dezelfde inspanning, meer snelheid creëren (harder slaan dus), dan zul je moeten accepteren dat er minder spin in de bal zit. Het principe is dus dat het ene ten koste gaat van de ander. We noemen dit de wet van behoud van energie (zie onderstaand figuur). Dit is ook de reden waarom een tikbal/smash harder is dan een spinbal. Bij een tikbal/smash zit er weinig of geen rotatie aan de bal; alle energie wordt dus in pure snelheid gepompt.

Fig. 1: Wet van behoud van energie: de twee cirkels zijn even groot en geven dezelfde hoeveelheid fysieke inspanning (=ingepompte energie in de bal) weer bij het maken van een slag. Meer balsnelheid betekent minder rotatie en andersom.

Om harder te slaan bij dezelfde dosis spin of om meer spin te geven bij gelijke balsnelheid, zul je meer fysieke kracht moeten leveren. Je moet dus meer energie in de bal pompen. Dit vertaalt zich in bijvoorbeeld een hogere armsnelheid. Om nu èn harder te slaan èn veel spin te geven, zul je dus nog meer lichaamsarbeid moeten verrichten. Nu kun je ook een beetje begrijpen waarom topspelers zo’n harde pegel met veel rotatie kunnen geven.

Stel je nu twee identieke spelers voor qua lichaamsbouw, kracht en training. Toch slaat de een over het algemeen harder en geeft hij/zij meer spin dan de ander. Huiswerkvraag: rara, hoe kan dit? Degenen die al enige tijd training krijgen op Scylla zouden het kunnen/moeten weten. Het antwoord heeft o.a. te maken met het onderwerp van de volgende keer.

Tot de volgende les,

Peter Lee