История струн
История теннисных струн.
Ракетка Фишера - ракетка с натяжной спагетти
Физическая модель теннисной ракетки и динамики отскокам мяча от струнной поверхности коренным образом изменила представление о роли струн. Долгое время считалось, что сильное натяжение струн дает мощность ударов, но снижает контроль мяча, а слабое снижает скорость мяча, но зато улучшает контроль. Оказалось, что все обстоит совсем наоборот. Новые большеголовые ракетки потребовали увеличения натяжения струн пропорционально своим размерам. Натуральные струны, при всех их непревзойденных свойствах ( мягкость, контроль, линейность растяжения и очень низкие потери), оказались для этого недостаточно прочными (в основном для продольной натяжки). Это форсировало разработку синтетических струн на замену. Появились многожильные нейлоновые струны, в том числе комозиционнные, а также высокопрочные кевларовые и лавсановые, которые из-за повышенной жесткости быстро теряли натяжку. Лавсановые ( полиэтилентерефталатные) удалось химически модифицировать, значительно улучшив их свойства. Сополимерные полиэтилентерефталатные одноволоконные композиционные струны (polyester, copolyester, copoly) в настоящее время считаются лучшими для продольной натяжки. Тефлоновое покрытие резко снижает трение между струнами и увеличивает спин мяча на 10-20%. Впервые такие струны были выпущены в середине 1990-х небольшой компанией Luxilon, производящей бюстгальтеры.
Наряду с совершенствованием дизайна рамы ракетки развивались и системы крепления струн к ободу. Подробно рассматривать их наверно нет смысла ( это различные формы отверстий для струн, демпферы, муфты и т.п.), но стоит упомянуть расположение отверстий в шахматном порядке (Redemption Stringing System), разработанной в середине 80-х годов. Основное преимущество ее было в том, что она обеспечивала лучший контроль, поскольку струнная поверхность была не плоской, а была похожа на тарелку, поэтому мяч после удара не по центру струнной поверхности отскакивал в сторону центра.
В конце 90-х появился новый тип ракеток. Увлечение большими головками и высокой жесткостью (для уменьшения амплитуды вибраций и тем самым для повышения «мощности удара»), наряду с использованием материалов с высоким отношением жесткости к весу, позволило делать ракетки очень малого веса (около 250 г). Совместно с очень сильным натяжением струн это давало возможность поднять частоту вибраций ракетки до 200 Гц, и тем самым приблизить период колебаний к времени отскока мяча от струн. В результате сам мяч демпфировал колебания, что заметно снижало их уровень. Это ни в коем случае не касалось подавления импульсной отдачи в руку. Стремление увеличить размер sweet spot в продольном направлении привело появлению ракеток с длинными продольными струнами, часто выходящими за пределы обода в шейку ракетки. Этой же цели служили изменение угла пересечения продольных и поперечных струн, а также неовальные формы обода ракетки. В 1981 году длинные струны были запрещены
Но самой революционной системой натяжки струн была безусловно спагетти-натяжка, изобретенная в 70-х годах немецким инженер-садоводом Вернером Фишером и впоследствии названная в честь известного блюда, на которое была похожа внешне, и запрещенная в 1978 году. Что она из себя представляла показано на рисунке. В ней было только пять или шесть поперечных струн (двойных) и они не переплетались с продольными струнами. Продольные струны были связаны вместе около поперечных струн тонкими лесками вокруг каждой продольной струны таким образом, чтобы все продольные струны двигались вместе. Было два набора продольных струн, по одному на каждую сторону ракетки, поперечные струны были расположены между двумя продольными. Таким образом, всего три отдельных слоя струн. В точках пересечения продольных и поперечных струн располагались отрезки пластиковых спагетти-образных трубок, надетых на продольные струны для снижения трения. Как это работало стало более-менее ясно только недавно, после изучения тангенциального взамодействия мяча со струнами в результате экспериментов, выполненных с помощью высокоскоростной видеосъемки (10000 фреймов в сек.) в 2005-2007 годах. Мяч, попадая на струны под углом, начинал сдвигать всю связку поперечных струн, разгоняя ее и тормозясь сам, закручиваясь за счет силы трения скольжения. Когда тангенциальная скорость мяча сравнивалась со скоростью связки струн, он захватывался ими ( происходило сцепления как колеса с дорогой), линейные скорости поверхности мяча и поверхности связки струн сравнивались и мяч катился по поверхности струн без скольжения, продолжая растягивать их в сторону. Возвратная сила растянутых струн при этом возрастала, достигая максимального значения, когда нормальная и тангециальные скорости мяча снижались до нуля. Коэффициент трения покоя между мячом и струнами был достаточно большой из-за большого расстояния между струнами, а также из-за трубок-спагетти и лесок. Это позволяло мячу не выходить из сцепления со струнами. Когда мяч начинал отскакивать от струнной поверхности в нормальном направлении, тангенциально смещенные струны возвращались на место и придавали находящемуся в сцеплениии мячу дополнительное вращение. Иначе говоря, спагетти струны и мяч действовали как фрикционный редуктор, придавая мячу максимально возможное вращение на фазе сцепления во время отскока. На языке физики такую систему можно назвать натяжкой с большой тангенциальной подвижностью струн. К сожалению нет доступных данных по измерению каких либо параметров спагетти ракеток. Приблизительная оценка тангенциального коэффициента восстановления скорости дает величину ех = 0.6-0.7. Кажушийся тангенцияльный коэффициент восстановления скорости (ракетка в руке) конечно меньше - примерно 0,3-0,4. Но и это очень много. Современные ракетки с полиэстерными струнами дают максимум 0.15. Чтобы оценить разницу, можно привести гипотетический пример. Самый сильный топспин закручивает Надаль – 4500 об/мин. Современной ракеткой со спагетти наряжкой он смог бы достичь 6500 об/мин. Для сравнения, максимальная скорость топспина в пинг-понге – 8000 об/мин (диаметр 40 мм, вес шарика 2,7 г ; диаметр теннисного мяча 66 мм, вес 59 г). У спагетти натяжки были свои недостатки, пожалуй главным из которых являлась непредсказуемость отскока. Сама по себе натяжка была трудоемкой ( требовалось 3 часа) и требовала тонкой настройки (копирование часто приводило к разочаровывающим результатам.). У этой системы были последователи, похожие на нее, но и они, и ракетка Фишера канули в Лету после запрета ITF.
