Curling bywa nazywany szachami na lodzie. Ale to raczej „szachobilard na lodzie z miotłami zmniejszającymi tarcie”. I mimo tej niezbyt porywającej definicji kryje prawdziwą tajemnicę.
O co tu w ogóle chodzi? – pomyślicie zapewne, Czytelniczko i Czytelniku „Przekroju”, gdy podczas igrzysk zimowych zobaczycie na ekranie telewizora sunący po lodzie duży krążek, przed którym zawodnicy ze szczotkami będą zawzięcie zamiatać lód. Jak cztery lata temu i jak osiem lat temu, jak przy okazji każdych zimowych igrzysk.
W uproszczeniu w curlingu chodzi o umieszczenie granitowych kamieni jak najbliżej środka namalowanego na końcu toru koła (domu). Drużyny składają się z czworga zawodników, nawiasem mówiąc, to jeden z niewielu sportów, w którym rywalizują też ekipy damsko-męskie. Grają na przemian, każda drużyna wypuszcza po dwa kamienie w jednej turze (end). Mecz składa się z 10 endów.
Zawodnicy fizycy
Aż 80% zawodników pochodzi z Kanady. Co drugi Kanadyjczyk wie, gdzie znajduje się najbliższy jego miejsca zamieszkania klub curlingu. Od 1998 r., kiedy ten sport wrócił do programu igrzysk (debiutował w 1928 r. w Chamonix, ale później zniknął na 70 lat), Kanadyjczycy zawsze stawali na podium – zdobyli pięć złotych, trzy srebrne i dwa brązowe medale olimpijskie.
Jednak kamienne krążki sunęły po lodzie, kiedy o Kanadzie jeszcze nikomu się nie śniło – curling narodził się na zamarzniętych jeziorach XVI-wiecznej Szkocji. Najstarszy kamień do curlingu pochodzi z 1511 r. Granitowych używa się od 1784 r. Dziś 70% spośród nich pochodzi ze Szkocji, a konkretnie z Ailsa Craig. To maleńka wyspa (99 ha), ale bardziej adekwatnym określeniem byłoby „skała wyrastająca z Morza Irlandzkiego”. Granit do wyrobu kamieni curlingowych wydobywa się także w Trefor, liczącym 1100 mieszkańców miasteczku w Walii.
Zawodnicy nie wyglądają na wyczynowych sportowców. Ubrani w specjalne buty z jedną podeszwą teflonową, a drugą gumową suną po torze, zamaszyście szczotkując lód przed kamieniem. Intrygują, ale większość patrzy na nich z pobłażliwością. Niesprawiedliwie, bo curling to czysta fizyka na lodzie.
Nauka wkracza już na etapie przygotowania toru. Przed zawodami spryskuje się go wodą demineralizowaną uzyskaną metodą odwróconej osmozy. Kropelki wody zamarzają na torze – znacie to doskonale z wyglądu szyb samochodowych zimą. Następnie czubki zamarzniętych kropli ścina specjalna maszyna, żeby wszystkie były tej samej wysokości. Tor jest zatem chropowaty, dzięki czemu kamienie suną dalej i szybciej (na gładkim lodzie tarcie jest znacznie większe).
Kiedy zawodnicy wymachują szczotkami, podłoże delikatnie się topi. Na cieniutkiej warstwie wody 20-kilogramowy kamień napotyka mniejsze tarcie i sunie dalej, a także bardziej w linii prostej. Ten efekt wzmacnia jeszcze szczotkowanie. To jedyna dyscyplina sportowa, w której zawodnicy mają wpływ na trajektorię przedmiotu po tym, jak go rzucili.
W curlingu kluczowa jest taktyka – wybijanie kamieni rywali, ustawianie swoich tak, by druga drużyna miała trudniej. Kamienie blokujące dostęp do „domu” są nazywane strażnikami. Można próbować je omijać, ale częściej się je wybija.
Podstawowym prawem fizyki, które muszą znać curlerzy, jest zasada przekazania energii. Każdy obiekt poruszający się z jakąś energią w momencie zderzenia przekazuje ją niemal w całości obiektowi, z którym się zderzył. Innymi słowy, jeden kamień (uderzający) zostaje w miejscu, a poruszać zaczyna się następny (uderzony). Zawodnicy muszą się też nagłowić nad kątami odbicia. Nie dziwi zatem, że curling bywa nazywany szachami na lodzie, pytanie tylko, czy bardziej adekwatną nazwą nie byłby „szachobilard na lodzie z miotłami zmniejszającymi tarcie”.
Co aż skręca kamień?
Aby zaznajomić się z największą fizyczną zagadką curlingu, będą musieli państwo wykonać eksperyment. Należy odłożyć „Przekrój” i pójść do kuchni po szklankę (lepiej nie pamiątkową, kryształy po cioci nie wchodzą w grę). Szklanka idealnie symuluje kamień curlingowy, gdyż nie jest on od spodu płaski, lecz wklęsły – styka się z lodem tylko szerokim na kilka milimetrów brzegiem (running band). Teraz przydałby się długi stół albo kawałek podłogi. Szklankę należy odwrócić do góry dnem, pchnąć przed siebie, nadając jej pęd, ale jednocześnie zakręcić nią wokół jej osi, zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara. Wytracając pęd, tuż przed całkowitym zatrzymaniem się, skręci w przeciwnym kierunku niż ruch obrotowy, który jej państwo nadali.
Wektor tarcia zawsze jest skierowany w przeciwną stronę niż wektor nadanego ruchu. Jeśli więc obiekt został zakręcony zgodnie z ruchem wskazówek zegara, czyli w prawo, a w starciu szklanki z powierzchnią wygrywa powierzchnia (tarcie), to naczynie skręci w drugą stronę. Dzieje się tak dlatego, że przednia krawędź szklanki musi walczyć z większym tarciem.
Tymczasem kamień curlingowy będzie skręcał w tę samą stronę, w którą został zakręcony. Dlaczego? Są dwie szkoły. Jedną reprezentują naukowcy z kanadyjskiego University of British Columbia, drugą ci z Uniwersytetu w Uppsali (nie przez przypadek, Szwecja jest druga w olimpijskiej klasyfikacji medalowej wszech czasów).
Naukowcy z Uppsali opracowali teorię rys na lodzie. Ich zdaniem krawędź prowadząca kręcącego się wokół własnej osi kamienia powoduje na tafli niewielkie rysy. Tylna krawędź podczas obrotu musi więc pokonać wgłębienia spowodowane przez przód kamienia. Tarcie jest zatem większe na tylnej krawędzi, a – jak już ustaliliśmy w eksperymencie ze szklanką – wektor tarcia zawsze skierowany jest w przeciwną stronę niż wektor ruchu.
By udowodnić swoją tezę, szwedzcy naukowcy zarysowali lód papierem ściernym. Następnie pchnęli kamień, nie nadając mu rotacji. Tam, gdzie rysy w lodzie były skierowane w prawo, kamień skręcał w tę stronę, a gdzie w lewo – skręcał w lewo. Potem pchnęli po tym samym lodzie wypolerowany na gładko kamień, któremu rysy nie przeszkadzały. Nie skręcił ani razu, prąc do przodu. Wniosek: to tarcie pochodzące z rys w lodzie powoduje skręt.
Entuzjaści curlingu z University of British Columbia uważają jednak, że tajemnica kamienia tkwi gdzie indziej. Prof. Mark Shegelski pchnął kamień po wypolerowanym metalu, zakręcając go. Na twardym metalu nie powstają rysy, ale mimo to kamień skręcał w stronę nadanej rotacji.
Shegelski i jego ekipa w jednym zgadzają się ze Szwedami: to, że kamień skręca w tę samą stronę, w którą została mu nadana rotacja, jest związane z większym tarciem na tylnej, a nie prowadzącej krawędzi. Uważają jednak, że dzieje się tak, ponieważ kamień sunący po lodzie lekko go rozgrzewa, powodując topnienie, i w efekcie ślizga się po mikroskopijnej warstwie wody. Przednia krawędź zbiera tę wodę, co zmniejsza tarcie, a tylna musi walczyć z większym tarciem.
Kanadyjczycy twierdzą więc, że obalili teorię Szwedów. Szkoda, że nie zauważyli, że tym samym obalili również swoją. Kamień skręcał na metalu, na którym nie powstają rysy, ale też nie ma skąd pojawić się woda. A zatem odpowiedzi trzeba szukać jeszcze gdzie indziej.
W czasach lotów kosmicznych poza naszą Galaktykę, fizyki kwantowej i poszukiwania zakrzywień czasoprzestrzeni nadal nierozwiązana pozostaje więc kwestia z dziedziny zwykłej, tradycyjnej fizyki klasycznej. Nie ma już nowych lądów do odkrycia, ale wciąż można przejść do historii, wyjaśniając tajemnicę kamienia curlingowego. Gdy więc następnym razem zobaczysz mecz curlingu (a twoje szanse w związku z igrzyskami rosną niebotycznie), pomyśl, Szanowna Czytelniczko/Szanowny Czytelniku „Przekroju” – czy to nie twoja wielka szansa?
Konsultacja naukowa: dr fizyki Zbigniew Żelazny. Zbieżność nazwisk z autorem całkowicie nieprzypadkowa.
Czytaj również:
