Sport e fisica: la battuta flottante (o knuckleball)

Chiunque abbia giocato a pallavolo sa cosa si intende con il termine battuta flottante. Si tratta di una particolare tecnica di battuta grazie alla quale il pallone tende a spostarsi in modo imprevedibile.

In certi casi la palla accorcia improvvisamente la sua traiettoria, in altri si sposta lateralmente, e in altri ancora cambia più volte direzione.

Gli spostamenti del pallone si notano soprattutto quando si è in campo e non è facile osservarli dall’esterno. Il fenomeno è quasi impossibile da notare se si guarda una partita in TV a causa dell’inquadratura laterale che viene usata di solito nelle partite di pallavolo.

Per capire come funziona una battuta flottante ecco un bell’esempio nel video che segue dove è chiaramente visibile lo spostamento del pallone verso destra grazie all’inquadratura da fondo campo con telecamera fissa.

Il pallone sembra andare verso il giocatore di sinistra ma poi si sposta sulla destra causando una incomprensione tra i due giocatori.

Questo tipo di tiri non sono un’esclusiva della pallavolo ma esistono anche nel baseball, dove vengono chiamati knuckleball perché il lancio va fatto sfruttando le nocche delle dita (knuckles).

Anche nel calcio sono conosciuti con questo termine (anche se ovviamente il pallone non viene colpito con le nocche!). Ecco un esempio famoso, si tratta di una punizione di Keisuke Honda.

Anche in questo caso il portiere è completamente spiazzato dalla traiettoria imprevedibile del pallone.

Da notare che non siamo di fronte ai classici “effetti” che si riscontrano in moltissimi sport e di cui abbiamo già parlato (vedi Sport e fisica: l’effetto Magnus). In quel caso lo spostamento del pallone era dovuto alla rotazione impressa sul pallone mentre in questi casi il pallone non ruota in modo apprezzabile.

Anzi (come tutti i pallavolisti sanno) per riuscire a fare un tiro di questo tipo la palla deve ruotare il meno possibile!

Non è per nulla evidente quale sia il fenomeno fisico che provoca questi spostamenti ma, cosa ancora più grave, il moto dei corpi non dovrebbe essere regolato da leggi matematiche che ci possano far prevedere le traiettorie? Com’è possibile allora che il pallone si sposti in modo così casuale?

La risposta si nasconde nel bizzarro mondo della meccanica dei fluidi.

Il sottile confine tra due regimi

Un fluido può scorrere all’interno di un condotto in due modi molto diversi tra loro, in termini tecnici questi due modi si chiamano regime laminare e regime turbolento.

Nel regime laminare i diversi strati del fluido seguono delle traiettorie regolari e non si muovono trasversalmente rispetto al condotto. Le velocità possono essere diverse a seconda della distanza dal bordo, ma le stesse velocità si trovano spostandosi secondo la lunghezza del condotto.

Nel regime turbolento il moto del fluido è caotico, tanto che non si riescono nemmeno ad indentificare dei particolari strati. Il fluido si muove creando vortici di varie dimensioni, spesso un vortice più grande si scompone poi in vortici più piccoli e questo processo si ripete a diverse scale rendendo impossibile una previsione dettagliata degli spostamenti.

Una cosa simile accade ad un corpo che attraversa un fluido. Per muoversi da un punto a un altro deve ovviamente spostare l’aria che si trova sulla sua traiettoria per poter passare.

Adesso viene la parte interessante!

Quando un pallone viaggia a basse velocità l’aria si sposta con un regime laminare. Superata una certa velocità critica si creano dei vortici irregolari e si ha un improvviso passaggio al regime turbolento.

Elemento fondamentale: la forza di attrito tra l’aria e il pallone diminuisce bruscamente nel momento in cui si supera questa velocità.

Ecco allora la spiegazione della battuta flottante.

Il pallone viene colpito in modo da superare leggermente la velocità critica. Lungo il suo cammino l’aria può scorrere sui diversi lati del pallone in modo laminare o turbolento a seconda di alcuni minuscoli dettagli come le sue cuciture o le piccole vibrazioni dovute all’impatto con la mano. Il pallone tenderà a spostarsi dalla parte in cui si instaura un regime turbolento (minore attrito) e questo potrebbe essere sopra, sotto, oppure a lato.

In più il pallone, rallentato dall’aria, può a un certo punto passare a una velocità minore di quella critica. In questo caso l’attrito con l’aria aumenta improvvisamente e il pallone frena apparentemente senza motivo.

Ingredienti per una battuta flottante

La ricetta per una perfetta battuta flottante è composta allora di due ingredienti:

• colpire la palla in modo che superi di poco la velocità critica che marca il confine tra il regime laminare e il regime turbolento;
• non far ruotare il pallone altrimenti il flusso d’aria viene “guidato” dalla rotazione e diventa regolare (una leggerissima rotazione può tuttavia favorire una modifica dei regimi di scorrimento dell’aria lungo la traiettoria del pallone e di conseguenza gli spostamenti).

Quanto vale la velocità critica per i palloni da pallavolo?

La velocità critica dipende da molte variabili, le più importanti sono le dimensioni del pallone, il tipo di superficie e di cuciture e la temperatura dell’aria, per questo motivo non ha un valore preciso ma può essere compresa trai 10 m/s e i 25 m/s.

In ogni situazione va quindi ricercata la giusta velocità a seconda del pallone utilizzato e della temperatura dell’aria (a temperature più alte la velocità critica è più bassa e si può battere più piano).

Ogni volta conviene quindi fare delle prove aumentando gradualmente la velocità impressa alla palla per riuscire trovare la velocità perfetta.

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Di seguito alcuni riferimenti utili per approfondire l’argomento.

Float Serve, Wikipedia.

Regime laminare e Regime turbolento, Wikipedia.

Surface Patterns for Drag Modification in Volleyballs Applied Sciences, 2019, 9(19), 4007.

Volleyball science: Physicist/beach player Heureux examines the float serve, volleyballmag.com, 2017.