LÝ THUYẾT TẠO XOÁY

Giới thiệu của về chủ đề:
Nhận thấy cách lý giải của bác Dong_tedi về việc tạo xoáy là rất phù hợp với số đông, theorist xin mở một topic riêng cho chủ đề này để các bác thảo luận và nhận xét. Riêng phần thảo luận, đã có những ý kiến rất hay về phía ủng hộ lẫn phản biện cho thấy chủ đề này rất được nhiều người quan tâm.

Lâu nay, một số người chơi bóng bàn có suy nghĩ đơn giản rằng: 
Khi bóng va vào vợt chỉ có 2 quá trình:
1. Bóng va vào mặt vợt làm mút được nén chặt lại.
2. Mút giãn nở kết hợp lực từ tay đánh bóng làm bóng bật ngược trở lại.

Một số người khác nghĩ rằng giữa 2 quá trình trên có 1 quá trình bóng lưu trên mặt vợt, nhưng chưa thấy họ nói cơ chế này như thế nào.
Một số khác thì nói thêm 1 khái niệm là ma sát. Như tăng ma sát vào, Giảm lực đi và tăng ma sát...

Tuy nhiên nếu phân tích kỹ tương tác về chuyển động tương đối giữa Bóng và cốt vợt có dán mặt mút (xét với 1 mút láng bình thường) thì quá trình từ khi bóng chạm mút đến khi bóng rời khỏi mút trong động tác giật ( giật 1 quả bóng đến có xoáy lên) có thể có thể chia thành 8 giai đoạn khác nhau.

Sau đây mình tạm chia các giai đoạn đó như sau:

1. Bóng trượt trên lớp bề mặt (top sheet).
2. Bóng lăn và ép vào mút.
3. Bóng đẩy bề mặt Top sheet chuyển dịch tương đối với lớp lót và tiếp tục ép vào mút.
4. Bóng bám chặt và ép tiếp vào mút.

Và tiếp theo là 1 quá trình ngược lại.

5. Bóng vẫn bám chặt, mút giãn nở và đẩy bóng ra. 
6. Top sheet dịch chuyển về vị trí ban đầu bắt đầu làm xoay bóng.
7. Bóng lăn trên mặt vợt theo chiều ngược lại.
8. Bóng trượt trên mặt top sheet và rời khỏi bề mặt mút.
(Đính chính lại là:
8. Mặt vợt trượt trên bề mặt quả bóng trước khi bóng rời khỏi bề mặt mút.
Mình sẽ vẽ hình chi tiết cho từng giai đoạn để chúng ta cùng trao đổi nhé.
Sau đây là hình quả bóng đánh sang có xoáy lên trước khi chúng ta giật. Mặt vợt lúc này đang di chuyển từ dưới lên trên nhưng chưa chạm vào bóng.
Xem hình vẽ 27.

Click this bar to view the full image.

Giai đoạn 1: Khi bóng đang xoáy lên mới bay đến và bắt đầu tiếp xúc với mặt vợt. Lúc này lực ma sát còn rất nhỏ không đủ để giữ cho điểm tiếp xúc dừng lại trên bề mặt mút mà điểm tiếp xúc sẽ tiếp tục xoay tròn quanh tâm của quả bóng.
Xem hình vẽ 28.

Click this bar to view the full image.

Trong hình vẽ phóng to chi tiết tiếp xúc, ta thấy điểm A trên bề mặt của quả bóng tiếp xúc với điểm A' trên bề mặt mút vợt (xem hình a)
Do bóng đang xoáy lên với tốc độ cao mà ma sát lúc này còn rất nhỏ, nên bóng bị xoay tròn quanh tâm của bóng làm cho điểm A trên bề mặt bóng bị xoay trượt đi trên điểm A' trên bề mặt mút. Kết thúc giai đoạn 1 thì điểm B trên bề mặt bóng đã tiếp xúc với điểm A' trên bề mặt bóng (xem hình b).

Quá trình này giống như khi ta nâng bổng phần đuôi của xe đạp lên cho 1 cậu bé đạp nó xoay tít, rồi từ từ hạ đuôi xe đạp xuống (hạ chậm chậm càng chậm càng tốt) thì ta sẽ thấy bánh xe khi mới tiếp xúc với nền gạch men (hoặc nền đất) sẽ bị xoay trượt trên nền đất tại 1 điểm trên nền đất (lúc này xe chưa lăn về phía trước ngay).
TRong hình 28 nêu trên chúng ta chỉ mới xét đến ảnh hưởng của chuyển động xoay tròn của quả bóng trên mặt mút mà chưa xét đến chuyển động ngược hướng của quả bóng với hướng vung vợt của ta.
Nếu xem như bóng bay đến không xoáy thì khi mới tiếp xúc bóng cũng bị trượt đi trên bề mặt của mút rồi mới lăn.
Trong trường hợp này ta có thể xem hình 29 sau đây:

Click this bar to view the full image.

Lúc này điểm A trên mặt bóng tiếp xúc với điểm A' trên mặt mút (xem hình a). Sau đó điểm A bị trượt đi trên bề mặt mút đến điểm B' trên bề mặt mút (xem hình b).
Kết hợp cả 2 yếu tố trên là chuyển động xoay tròn quanh tâm của bóng và chuyển động ngược hướng nhau của bóng và mặt vợt cùng quá trình bóng được ép dần vào mặt mút ta có hình vẽ 30 dưới đây:

Click this bar to view the full image.

Kết thúc giai đoạn 1 lực ép của bóng đủ lớn để tạo ma sát lăn cho quả bóng lăn trên mặt mút dưới tác động xoáy lên ban đầu của quả bóng.
Giai đoạn 2: Do tác động xoay lên (trong hình vẽ là cùng chiều kim đồng hồ). Khi ma sát giữa bóng và mặt mút đủ lớn để giữ điểm tiếp xúc không bị trượt thi bóng bắt đầu lăn từ điểm B' trên mặt mút (xem hình 31- b) tới điểm C' trên mặt mút (xem hình 31- c). Trong quá trình lăn này lực ép vào mút vẫn tiếp tục gia tăng và bóng chìm sâu dần vào mặt mút (mặt mút bị lõm xuống). 
Tâm O của quả bóng cũng bị di chuyển theo từ vị trí O sang vị trí O'. Tuy nhiên do hiệu ứng lún vào mút của bóng nên tâm O' ở hình 31-c có hới khác vị trí dự kiến tâm O' ở hình 31-b.
(tương tự như khi ta đã hạ đuôi xe đạp xuống hẳn, làm cho bánh xe lăn tròn trên mặt đất)
Xem hình 31:

Click this bar to view the full image.

Giai đoạn 3: Ma sát nhanh chóng tăng lên làm cho ma sát lăn nhanh chóng chuyển thành ma sát bám giữ. Ma sát bám giữ này ngăn cản chuyển động lăn của bóng, do vậy bóng cũng sẽ tác dụng trên bề mặt mút 1 lực ngược lại, làm kéo giãn căng 1 bên mút (phía trên bóng) và ép bên mút ngược lại (phía dưới bóng) đồng thời làm xô lệch các chân gai phía sau trước khi dừng lăn.
Xem hình 32:
Giai đoạn 3: Ma sát nhanh chóng tăng lên làm cho ma sát lăn nhanh chóng chuyển thành ma sát bám giữ (xem hình 32-c). 
Ma sát bám giữ này ngăn cản chuyển động lăn của bóng, do vậy bóng cũng sẽ tác dụng trên bề mặt mút 1 lực ngược lại, làm kéo giãn căng 1 bên mút (phía trên bóng) và ép bên mút ngược lại (phía dưới bóng) đồng thời làm xô lệch các chân gai phía sau trước khi dừng lăn.
Xem hình 32-d: 


Lưu ý: Phần bề mặt sponge tiếp xúc trực tiếp với các chân gai cũng bị dịch chuyển theo hướng xoáy so với phần đáy sponge được dán và bám giữ vào mặt cốt vợt.

Giai đoạn 4: Ở giai đoạn này bóng bị bám giữ hoàn toàn nền không lăn trên mặt mút được nữa (giống như khi ta ngồi lên sau chiếc xe đạp cho cậu bé 4-5 tuổi đạp mà xe không thể chạy được) mà bóng chỉ có thể chuyển động tịnh tiến với vợt mà thôi.
Lúc này bóng tiếp tục bị ép vào vợt cho đến khi toàn bộ động năng của nó chuyển hóa thành thế năng ép vào lớp lót (sponge) một phần động năng có thể làm xoay và uốn cốt vợt quanh trục X và Y (như đã phân tích phần bóng tác động vào cốt).
Giai đoạn 3: Ma sát nhanh chóng tăng lên làm cho ma sát lăn nhanh chóng chuyển thành ma sát bám giữ (xem hình 32-c).
Ma sát bám giữ này ngăn cản chuyển động lăn của bóng, do vậy bóng cũng sẽ tác dụng trên bề mặt mút 1 lực ngược lại, làm kéo giãn căng 1 bên mút (phía trên bóng) và ép bên mút ngược lại (phía dưới bóng) đồng thời làm xô lệch các chân gai phía sau trước khi dừng lăn.
Lúc này diện tích tiếp xúc giữa bóng và mặt vợt là diện tích hình tròn có đường kính E'-F' (xem hình 33 - d)



Giai đoạn 4: Ở giai đoạn này bóng bị bám giữ hoàn toàn nền không lăn trên mặt mút được nữa (giống như khi ta ngồi lên sau chiếc xe đạp cho cậu bé 4-5 tuổi đạp mà xe không thể chạy được) mà bóng chỉ có thể chuyển động tịnh tiến với vợt mà thôi.
Lúc này bóng tiếp tục bị ép vào vợt cho đến khi toàn bộ động năng của nó chuyển hóa thành thế năng ép vào lớp lót (sponge) một phần động năng có thể làm xoay và uốn cốt vợt quanh trục X và Y (như đã phân tích phần bóng tác động vào cốt). 
Lúc này diện tích tiếp xúc giữa bóng và mặt vợt tăng lên và đạt diện tích tiếp xúc lớn nhất. Diện tích này là diện tích hình tròn có đường kính G'-H' (xem hình 33 - e). Đây cũng chính là dấu bóng được lưu lại trên mặt vợt sau khi đánh bóng.
Xem xét các giai đoạn 1, 2, 3 và 4 ta thấy diện tích tiếp xúc giữa bóng và mặt vợt tăng dần lên theo thứ tự các giai đoạn.
Ban đầu bóng tiếp xúc với mặt vợt tại điểm A' trên mặt vợt trùng với điểm A trên mặt bóng (xem lại hình 30 -a).

Sau khi kết thúc giai đoạn 1 (quá trình trượt kết thúc, bắt đầu quá trình lăn) diện tích tiếp xúc tăng lên một chút và trở thành 1 hình tròn nhỏ có tâm là điểm B trên quả bóng trùng điểm B' trên mặt vợt (xem lại hình 30 - b).

Sau khi kết thúc quá trình lăn và xô lệch các chân gai, trước quá trình bám dính, diện tích tiếp xúc tăng lên đáng kể và trở thành hình tròn có tâm là điểm C' trên mặt mút với đường kính là E'-F' (xem lại hình 33-a). Khi kết thúc quá trình bóng ép vào mút, diện tích tiếp xúc tăng lên và đạt giá trị lớn nhất là hình tròn có tâm vẫn là điểm C và đường kính là G'-H'.
Đây chính là hình tròn lưu lại trên mặt vợt sau khi đánh bóng.
Như vậy từ giai đoạn đầu cho đến khi kết thúc giai đoạn 4, bóng có trượt và lăn trên mặt vợt nhưng diện tích tiếp xúc của bóng với mặt vợt vẫn nằm trong phạm vi của hình tròn có đường kính G'-H' nên dấu in trên mặt mút vẫn là 1 hình tròn. Xem thêm hình 34 dưới đây :

Do xảy ra hiện tượng bám dính giữa bóng và cốt vợt mà suốt từ khi kết thúc giai đoạn 3 đến hết giai đoạn 4 bóng di chuyển gần như tịnh tiến với vợt mà không có chuyển động xoay. Sau khi đạt lực ép cực đại vào mút, bóng không còn động năng nữa và lúc nhày thể năng của mặt mút và động năng của vợt bắt đầu truyền ngược sang bóng đẩy bóng đổi hướng chuyển động và tạo xoáy. Giai đoạn 5 bắt đầu. Ban đầu là lực ép của lớp lót đẩy bóng bật dần ra làm giảm dần lực bám dính và giảm diện tích tiếp xúc. Khi diện tích tiếp xúc giảm đến gần tương đương với diện tích tiếp xúc là đường tròn có đường kính E'-F' thì quá trình bám dính kết thúc. Giai đoạn 6 bắt đầu: Các chân gai bị xô lệc lúc này bắt đầu xoay trở lại vị trí ban đầu đẩy bề mặt bóng tiếp xúc với vợt tiến lên trên và ra phía trước tạo xoáy ban đầu cho quả bóng. Giai đoạn 7 bắt đầu: Khi này lực ma sát lăn bắt đầu phát huy tác dụng. Do mặt vợt vẫn tiến lên phía trên và hơi ra phía trước nên tiếp tục kéo điểm tiếp xúc giữa bóng và mặt vợt dịch chuyển lên trên làm cho bóng bị lăn trên mặt vợt theo chiều xuống dưới. Sau đó lực mà sát giảm đi chỉ còn rất nhỏ không đủ kéo điểm tiếp xúc lên nữa, giai đoạn 8 bắt đầu mặt vợt trượt trên quả bóng lên phía trên còn bóng rời khỏi mặt vợt lao về phía trước với độ xoáy lên lớn nhất.
Tuy nhiên cũng như phân tích tương tự (như bóng chạm bay tới va vào mặt vợt), tuy có quá trình lăn và trượt xuống phía dưới của bóng trong các giai đoạn 7 và 8 nhưng diện tích tiếp xúc vẫn nằm trong hình tròn có tậm là điểm C' và đường kính là G'-H' nên dấu vết để lại trên mặt vợt vẫn là 1 hình tròn.
Hiện tại, mình nghĩ không vẽ hình thì các bạn cũng hình dung ra nên nếu có ai yêu cầu cần có hình vẽ minh họa cụ thể cho 4 giai đoạn cuối thì mình mới vẽ.
Với các phân tích tương tự là cũng dễ dàng lý giải được khi bóng xoáy xuống và ta ngửa vợt cắt bóng thì cũng sẽ có 8 giai đoạn tương tự nêu trên (nhưng ngược hướng với động tác giật - Một bên là lên trên - một bên là xuống dưới).

Như trước đây chúng ta đã từng phân tích là khi lực do bóng tác động vào cốt vợt có hướng đi xuyên qua trục cán cầm ở tay thì cho quả đánh ổn định và chắc chắn nhất. Trong trường hợp đó ta đã nhận thấy rằng biến dạng của cốt vợt là nhỏ nhất và chuyển vị xoay của vợt cũng có giá trị nhỏ nhất. Vậy đối với động tác giật thì sao? Bóng sẽ chạm vào vùng nào trên mặt vợt sẽ cho quả đánh chắc nhất với tốc độ và độ xoáy lớn.
Chúng ta sẽ phân tích các lực tác dụng vào vợt trong động tác giật nhé.........
Dễ dàng nhận thấy trong trường hợp bóng đến có xoáy lên khi giật bóng sẽ có các lực sau tác dụng vào vợt:
1. Lực của bóng bay tới đập vào mặt mút (giống như bóng không xoáy).
2. Lực do độ xoáy lên của bóng tác dụng vào mặt mút (lực này được sung thêm - bóng không xoáy thì không có lực này).
3. Phản lực của lực vợt tác dụng vào bóng (Vợt tác dụng vào bóng nên phóng sẽ tác động vào vợt 1 lực bằng chính lực đó).
Chờ mình vẽ hình minh họa, rồi chúng ta cùng nhau phân tích cho dễ hiểu nhé.