De service is misschien wel het belangrijkste onderdeel van het moderne tennisspel - en hoe sneller, des te beter.

Maar wanneer uitgesplitst naar zeer simplistische wetenschappelijke overwegingen, de snelheden die we routinematig topspelers zien bereiken wanneer ze een service leveren, zijn theoretisch onmogelijk.

Dus hoe doen ze het? Het antwoord betreft Isaac Newton, ping pong en een beetje "vals spelen" (vanuit een natuurkundig oogpunt).

Snel serveren lijkt onmogelijk

Een bal die snel en recht wordt geraakt, kan niet over het net gaan en nog steeds in het servicevak terechtkomen, tenzij de bal vanaf ten minste 2,6 meter boven de grond wordt geraakt. Volgens deze vergelijking, er is gewoon niet genoeg tijd voor de zwaartekracht om een ​​hogesnelheidsbal naar beneden te slepen in het servicevak.

Zelfs als een speler en zijn racket samen bijna drie meter hoog zouden kunnen komen, de foutmarge zou slechts 13 centimeter zijn. En dat is alleen als je over het laagste deel van het net kunt serveren.

Dus tenzij je ruim 183 cm lang bent, supersnel serveren is onmogelijk - vanuit een natuurkundig oogpunt. Toch zien we regelmatig zelfs de kortste spelers met grote nauwkeurigheid boven de 180 km per uur dienen.

Dus hoe is het gedaan?

Het antwoord is natuurlijk dat spelers topspin aan de bal geven.

Dit fenomeen werd waargenomen en ten minste gedeeltelijk beschreven in 1672 door Isaac Newton (na het kijken naar tennis) - maar een meer bekende beschrijving van top-spin is gekoppeld aan de Duitse natuurkundige HG Magnus, die het bij pingpong heeft waargenomen.

Als het racket tijdens het serveren over de bovenkant van de bal wordt geborsteld, de bal zal naar voren draaien terwijl hij reist. De lucht rond de bal begint ook mee te draaien.

Natuurkundigen noemen deze lucht de "grenslaag", en het vormt zich rond alle bewegende objecten terwijl ze reizen (je voelt dit als een windstoot wanneer een auto, vrachtwagen of trein raast voorbij). Terwijl de bal de tegemoetkomende lucht in duwt, de lucht die over de bovenkant van de bal reist, botst met de tegemoetkomende lucht. Die lucht wordt afgeremd en naar boven afgebogen, weg van de bal.

De lucht die onder de bal door beweegt, ontmoet tegemoetkomende lucht die in dezelfde richting reist en wordt achter de bal en vervolgens ook naar boven gesleept.

Volgens de derde wet van Newton geldt elke actie heeft een gelijke en tegengestelde reactie. Dus als lucht achter de bal omhoog wordt gezogen, dan moet de bal als reactie naar beneden bewegen.

Een geweldige demonstratie van dit effect is te zien in deze video:

Spelers gebruiken de topspin-tactiek vaak met veel succes tijdens de tweede service. Ondanks het risico van het niet opruimen van het net, een speler van het hoogste niveau serveert meestal met een hoge snelheid van het racketblad, zodat ze nog meer topspin aan de bal kunnen geven.

Met minder racketsnelheid die wordt gebruikt om de bal voorwaartse snelheid te geven en meer over de bal om spin te creëren, de bal zal zeker langzamer reizen dan bij een eerste service.

Maar de grotere topspin zorgt voor een grotere foutmarge, aangezien de bal gemakkelijk over het net gaat, maar nog steeds snel daalt om ruim binnen het servicevak te landen.

Voorbij brute kracht

Natuurlijk, spierkracht speelt ook een rol bij het leveren van een portie hitte, maar misschien niet zoveel als je zou denken.

Onze spieren zijn geweldige motoren en produceren de ongelooflijke krachten die we nodig hebben om zware voorwerpen op te tillen, bergop lopen en in bomen klimmen.

Maar het is al lang bekend, en 80 jaar geleden experimenteel aangetoond, dat spieren niet veel kracht kunnen produceren als ze heel snel verkorten. Het is theoretisch onmogelijk om met hoge snelheden te dienen door alleen op spierkracht te vertrouwen. Om dit te doen, wij mensen moeten een beetje vals spelen.

Het is je misschien opgevallen dat de beste tennissers hun racket naar de bal "gooien" als ze serveren, zoals je kunt zien in deze video:

Deze worp-achtige beweging vereist dat het lichaam van de speler voor zijn arm beweegt, de bovenarm om voor de onderarm te bewegen, de onderarm om voor de hand te bewegen, en de hand om voor de vingers te bewegen.

De pols schiet naar voren. Het racket beweegt het snelst als de benen al gestrekt zijn en de bovenarm niet meer naar voren beweegt.

Als we dit werppatroon gebruiken, veel van de energie die vroeg in de beweging door de benen en schouderspieren wordt gegenereerd, wordt overgebracht naar de onderarm, dan handen.

Dit komt omdat de onderarm en hand aan het einde van de opslag nog steeds in beweging zijn en veel van de energie die zich in het lichaam bevond tijdens het serveren naar hen toe beweegt. De hand is veel kleiner dan het hele lichaam, of de hele arm. Maar het heeft veel energie, dus het gaat ongelooflijk snel.

Het tijdsverschil tussen bewegingen van het onder- en bovenlichaam maakt ook elastische weefsels mogelijk, zoals pezen, energie op te slaan. Deze weefsels deinzen later in de service snel terug wanneer de arm naar voren springt, het vrijgeven van de opgeslagen energie met snelheden die veel sneller zijn dan spieren kunnen samentrekken.

Het is deze worp-achtige beweging - in plaats van brute kracht - die ervoor zorgt dat de hand en het racket bewegen met snelheden die veel hoger zijn dan onze spieren mogelijk zouden kunnen toestaan.

Dus om op je best te dienen, je moet je racket zo gooien dat de bal met hoge snelheid wordt geprojecteerd - maar voeg wat spin toe. Het is simpele natuurkunde.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.