La fisica del tennis: come vincono campioni come Sinner

Potenza, velocità e precisione: queste sono alcune delle caratteristiche che un bravo tennista deve possedere per competere ad alti livelli. Ma vi siete mai chiesti quanto possa essere fondamentale per un tennista conoscere le leggi fisiche che si celano dietro questo sport? Scopriamolo insieme.

Impatto pallina-racchetta: una “quantità” che si conserva

Nel tennis la pallina viaggia da una parte all’altra del campo venendo continuamente colpita dalle racchette degli atleti. Alla base di questo scambio continuo c’è un principio fisico che prende il nome di conservazione della quantità di moto, secondo il quale la quantità di moto complessiva di due corpi che urtano deve rimanere uguale sia prima che dopo l’urto.

Ma cos’è la quantità di moto di un oggetto? Essa è una grandezza fisica vettoriale, come ad esempio la forza, e viene definita come il prodotto fra la massa dell’oggetto in questione e la sua velocità.

Guardando a come applicare il principio di conservazione della quantità di moto alla nostra situazione tennistica, allora, individuiamo subito i due oggetti urtanti, che sono la pallina e la racchetta (parliamo di racchetta per semplicità ma per correttezza bisogna specificare che la pallina urta non solo con essa, ma con tutto il sistema racchetta, mano, braccio e quindi corpo del tennista, a cui la racchetta è legata).
La pallina e la racchetta hanno una propria quantità di moto e, a seguito dell’urto, la somma complessiva (vettoriale, perché la quantità di moto è grandezza vettoriale) delle due quantità di moto deve essere uguale alla somma delle quantità di moto precedenti all’urto.

Considerando che le masse dei due oggetti urtanti non cambiano dopo l’urto, in modo che la quantità di moto complessiva resti costante, l’oggetto a massa minore acquisirà maggiore velocità rispetto quello più massivo e le due velocità saranno dirette in verso opposto l’una all’altra.

Immaginando, quindi, un urto elastico fra la palla ed un muro, questa rimbalzerebbe indietro con la stessa velocità di partenza: nel caso della nostra pallina, allora, a questa velocità bisognerà aggiungere il contributo dato dalla velocità della racchetta, che sarà tanto maggiore quanto più la velocità della racchetta sarà alta; la racchetta a sua volta subirà un più o meno grande rinculo che dipenderà dalla velocità iniziale della pallina e della racchetta stessa.

Quindi per i tennisti è possibile in questo modo, decidendo la velocità con cui la racchetta colpisce la pallina, regolare la velocità della pallina stessa ed effettuare il tiro perfetto per ogni occasione.

Backspin e topspin: aerodinamica della pallina

Il tennis diventa uno sport ancora più interessante se consideriamo che la pallina può assumere traiettorie particolari in base a come viene colpita: stiamo parlando del backspin e del topspin, ovvero l’effetto di rotazione impressa alla palla che ruoterà nel verso contrario rispetto al suo moto nel primo caso e nel verso del moto nel secondo.

Effetti di questo tipo diventano interessanti dal momento in cui consideriamo che una pallina che si muove in moto roto-traslatorio attraverso una massa d’aria è soggetta alle leggi dell’aerodinamica: ruotando, prendendo come esempio il caso del backspin e quindi con rotazione in verso contrario a quello del moto, la pallina sferzerà l’aria in modo tale che essa si muova con velocità diverse sopra e sotto la pallina. In questo caso, l’aria sopra la pallina si muoverà più velocemente mentre sotto più lentamente: questo risulterà in una differenza di pressione e quindi in una forza che spingerà la pallina verso l’alto per via del cosiddetto effetto Magnus, esattamente come succede con la portanza negli aerei. Ugualmente, con il topspin si riuscirà a fare in modo che la pallina compia una traiettoria più tagliata verso il basso, grazie alla forza che tenderà a spingerla verso giù.

L’effetto è identico a quello che avviene nel calcio con il noto tiro a giro e quindi, in questo modo, i tennisti più abili riescono a proprio piacimento a rendere la vita più difficile ai loro avversari con tiri dalla traiettoria più difficilmente prevedibile.

Attrito e terreni: quanto è importante opporsi al moto

Quale altra forza non poteva mancare all’appello se non la forza d’attrito?
La forza d’attrito è una forza che si oppone al movimento di un corpo che, a contatto con un altro, sta cercando di strisciarci sopra.

La forza di attrito dipende molto dalla natura dei materiali striscianti; quindi, è di fondamentale importanza per un tennista tener ben conto del terreno sul quale si giocherà la partita: cemento, sintetico, terra o erba, le condizioni di gioco dipendono tremendamente dall’attrito per diversi motivi ed il rendimento di un giocatore può migliorare o calare drasticamente se non si è abituati a tutti i diversi terreni.

I materiali sintetici gommati, ad esempio, offrono un attrito tremendamente maggiore rispetto all’erba se si parla di contatto scarpa-terreno: nel primo caso saranno quindi favoriti i giocatori molto abili con i rapidi cambi di direzione, mentre nel secondo potrebbero riscontrare più difficoltà e quindi trovarsi in svantaggio rispetto all’avversario.

L’attrito è studiato nel tennis anche se si parla di contatto fra terreno e pallina: considerando altre caratteristiche proprie di un certo terreno oltre al suo coefficiente d’attrito, ci si rende conto di quanto il rimbalzo di una pallina possa assumere comportamenti diversi in base al terreno.
Terreni con alti coefficienti d’attrito, ad esempio, accentueranno al massimo lo strano effetto di rimbalzo dovuto al backspin o al topspin, favorendo i giocatori abili con queste tecniche.

Risulta chiaro come la conoscenza e padronanza delle leggi fisiche che dominano questo meraviglioso sport possano favorire i tennisti più abili nel cercare di strappare il set decisivo all’avversario, fino alla vittoria!

a cura di Nicola Salvemini