Daily Archives: February 10, 2014

OL-fysik: Ny overraskende forklaring på curlingstens karakteristiske ‘curl’

Tribologi er videnskaben om friktion, mekanisk slid og smøring.

Det er derfor ikke overraskende, at det er fire svenske tribologer fra Uppsala Universitet, der har fundet forklaringen på, hvorfor roterende curlingsten bevæger sig i en blød bue hen over isen. De kan tilmed forklare det noget overraskende faktum, at udsvinget på buen er uafhængigt af, hvor hurtigt curlingstenen roterer.

På mandag tager de danske curlinghold fat på kampene, hvor de skal sende en sten med en vægt på ca. 20 kg hen ad en 28 meter lang bane.

En spiller sender en sten afsted (sætter den) ved at give stenen en rotation, så den typisk foretager 2-3 fulde rotationer i løbet af de ca. 25 sekunder, det tager for den at glide ned mod målet.


De danske OL-deltagere i Sotji – de to curlinghold spås gode medaljechancer. (Foto: Lars Møller)

Undervejs vil stenen have en buet bane med et udsving på en meter eller lidt mere. Med dette curl, som har givet spillet sit navn, er det muligt at sende en sten ind bag en anden sten, der ellers blokerer for den ønskede position.

Den fysiske forklaring på dette curl har interesseret forskere i årevis.

Det gælder ikke mindst Mark Shegelsk fra University of Northern British Columbia, men også Norikazu Maeno fra Hokkaido University og forskere fra statsuniversitet i Moskva er kommet med varierende forklaringer.

Udfør drikkeglasforsøget – og bliv overrasket

Det er klart, at udsvinget må have noget at gøre med friktionskræfterne mellem is og sten, og at der må være en form for asymmetri til stede.

Det er dog ikke helt enkelt at forklare, hvorfor en rotation af curlingstenen med uret får den buede bane til at gå mod højre til sidst – og at en rotation mod uret får stenen til at gå til venstre.


Svenske forskere kan nu forklare, hvorfor en curlingsten bevæger sig i en kurveformet bane, når stenen roterer. (Foto: Uppsala Universitet)

Hvis man vender et drikkeglas på hovedet, giver det en rotation med uret og lader det glide hen over et glat bord, så vil glasset nemlig glide i en bue mod venstre.

Der skal findes en helt anden forklaring på curlingstenens underlige opførsel. Det forekommer også noget besynderligt, at størrelsen på buens udsving ikke afhænger af, hvor hurtigt stenen roterer.

Lynn Salmon er motionsspiller inden for curling, men har en videnskabelig baggrund som forsker ved California Institute of Technology, hvor hun beskæftiger sig med atmosfærisk forurening af kulturminder.

Hun har på god videnskabelig vis samlet et uddrag af de forskellige artikler, der beskriver, hvorfor curlingsten curler, på sin private hjemmeside under temaet science friction. Her kan man også finde Harald Nybergs artikel.

Harald Nyberg og hans tre kolleger fra tribomaterialgruppen ved Ångströmlaboratoriet på Uppsala Universitet har for et par år siden underkastet alle tidligere forklaringen på curl-effekten et eftersyn og på den baggrund forkastet dem.

Sidste år lancerede de en en helt ny forklaring, som er offentliggjort i tidsskriftet Wear.

Ridser i isen styrer stenens banen

I deres beskrivelse medtager de et forhold, som andre forskere ikke har inddraget, nemlig de ridser, som stenen laver på isen, når den glider hen ad banen.

Overfladen af en curlingbane er ikke fuldstændig glat, idet man sprinkler banen med vand. Det giver anledning til, at der opstår små knopper med en højde på ca. 0,2 mm og med en diameter op til 5 mm.


Curlingstenen har kun kontakt med isen i en cirkulær ring. Da stenen er ru, og isen er nopret, vil stenens rotation give anledning til ridser i isen, der giver stenen en buet bane. (Ill: Harald Nyberg og kollegaers artikel i tidsskriftet Wear)

Curlingstenen er ikke fuldstændig flad i bunden, men er opad hul som en vinflaske.

Det er derfor kun en ring med en bredde på ca 6 mm og en diameter på ca. 120 mm – og et areal på ca. 22 kvadratcentimeter – der har kontakt med isen.

Det er desuden afgørende, at stenen ikke er poleret glat, men er ru.

Når stenen glider hen ad isen, vil den forreste del af ringen lave ridser i knopperne på isen. Ridserne får en retning i samme retning, som den forreste del af stenen roterer.

Når bagenden møder disse ridser, fungerer de som spor, der fører stenen til siden.

Eksperimenter bekræfter teorien

Harald Nyberg og co. har lavet en lang række forsøg, der bekræfter deres teori og har lavet detaljerede målinger af kraftpåvirkningen og friktionskoefficienterne.

De har bl.a. vist, at hvis man polerer stenen, så den ingen ridser laver, så får stenen ikke noget curl.

De har også en kvalitativ forklaring på, hvorfor curl’et ikke afhænger af stenens rotationshastighed.

De bemærker, at der er tre forhold, der har betydning for stenens bane.

  1. Antallet af ridser pr. tidsenhed, der øges lineært med rotationshastigheden.

  2. Den gennemsnitlige kraftpåvirkning på en ruhed på stenen, når den passerer en ridse. Den er stort set uafhængig af ridsens vinkel og dermed rotationshastigheden inden for de forhold, som i praksis gælder ved curling.

  3. Glideafstanden, hvor der er en kraftpåvirkning, som er stort set omvendt proportional med rotationshastigheden.

Den kombinerede effekt giver som resultatet, at curl stort set ikke afhænger af stenens rotationshastighed.

Med denne viden på plads er der nu endnu mere grund til at nyde kampen om OL-medaljerne i curling.

Posted in computer.

Kapløb om rummet – da russerne snød amerikanerne


Computerworld Læser er vores nedslag på spændende, underholdende eller lærerige bøger vi falder over.

Det er ikke nødvendigvis nyheder, bestsellers eller bøger med direkte relation til it – men bøger som har en relation til udviklingen af de videnskaber, den historie eller kultur, som er en del af den teknologiske og digitale hverdag, vi nu lever i.

Posted in computer.