Fisica e TT (2) Attrito: cos'è e come si usa nel tennistavolo

In questa discussione cerco di spiegare il concetto di attrito in modo semplice, ma rigoroso.
In particolare approfondisco il concetto di attrito in relazione al tennistavolo.

Questa discussione è un estratto della discussione completa di formule matematiche che ho pubblicato oggi sul mio blog al seguente link:
Fisica e TT (2) Attrito: cos'è e come si usa nel tennistavolo ~ APPUNTI DI TENNISTAVOLO DEL TECNICO RICCARDO

Questo lavoro è stato per me abbastanza lungo e faticoso, soprattutto perché non è facile renderlo "sexy" e comprensibile agli appassionati o semplici curiosi.

Purtroppo in questo forum in fase di editing non posso (o non so) aggiungere gli script specifici HTML che rendono leggibili le formule matematiche, come invece posso fare sul mio blog. Quindi invito i lettori più masochisti , ehhm volevo scrivere volenterosi, a passare dal mio blog per gli approfondimenti.

Non ho la pretesa di infallibilità, quindi in una trattazione così lunga potrebbero esserci degli errori. Invito a segnalarmi eventuali inesattezze, soprattutto l'utente @off-ready a cui va il mio saluto, ciao Pier!, potrebbe darmi una mano, ma anche gli altri siete benvenuti!

Buona lettura e per chi vuole, arrivederci sul blog!

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Immagina un mondo senza attrito: le tue scarpe da ginnastica diventano pattini sul ghiaccio; la tisana che ti stai versando scivola via dalla tazza come un olio lubrificante e ti macchia tutto il tavolo; per girare con l’auto ad un incrocio devi attivare un retrorazzo anziché usare lo sterzo!

Ecco perché l'attrito è quel fattore importantissimo che influenza la vita di tutti e che impariamo a gestire fin da bambini per permetterci finalmente di alzarci in piedi e camminare.

Attrito e tennistavolo
Nel tennistavolo, l'attrito è un fattore fondamentale e influenza questo sport in vari modi:

1. Attrito tra gomma della racchetta e pallina

- Determina gli effetti (spin) sulla pallina, come il topspin (rotazione in avanti) o il backspin (rotazione all'indietro) o il sidespin (rotazione laterale).

- Una gomma con molto grip genera più effetto e permette colpi più complessi.

In particolare di attrito riferito specificatamente alle gomme ne ho già scritto in questo post al link:

AI - Tipi di gomme nel tennistavolo ~ APPUNTI DI TENNISTAVOLO DEL TECNICO RICCARDO

di cui riporto il concetto principale:

Importanza dell'attrito nei diversi tipi di gomme
L'attrito è un concetto fondamentale nel tennistavolo: determina quanto la gomma può influenzare la rotazione della pallina.
Le gomme tacky massimizzano l'attrito grazie alla loro adesività.
Le gomme grippose sfruttano la struttura superficiale per generare spin meccanico.
Le anti-spin e le gomme puntinate lunghe (LP) riducono l'attrito al minimo, neutralizzando gli effetti avversari.

Brushing: la scienza dello strisciamento che genera effetto o spin
Per generare effetti significativi bisogna "spazzolare" (in inglese: to brush) la pallina con la racchetta inclinata, se possibile aumentando il tempo di contatto (pochissimi millisecondi) e accelerando il movimento durante il contatto pallina-gomma. In gergo pongistico si dice: "Agganciare bene la pallina"

• Angolo di impatto: Se la racchetta è troppo aperta, la pallina vola via come un proiettile; troppo chiusa, finisce nella rete. L'ideale è un compromesso da 30°-45°
• Velocità relativa: Più veloce è il movimento di "graffiata", maggiore è l'attrito e lo spin conseguentemente generato.

Nel tennistavolo, l'attrito tra la gomma della racchetta e la pallina gioca un ruolo fondamentale nel generare e gestire gli effetti (spin). Le gomme standard, chiamate "inverted rubber", hanno una superficie liscia e appiccicosa che permette di imprimere molto effetto alla pallina. Tuttavia, le gomme puntinate lunghe (long pimples, pips out) e le antispin alterano significativamente la dinamica del gioco, creando difficoltà ai giocatori abituati alle gomme standard.
Effetto delle gomme puntinate lunghe (long pimples)

Le gomme puntinate lunghe hanno piccole protuberanze sulla superficie che riducono il grip della racchetta sulla pallina. Questo provoca due effetti principali:
1. Inversione parziale dell’effetto

- Quando una pallina con topspin (rotazione in avanti) colpisce una gomma puntinata lunga, i puntini si piegano e la gomma non riesce a "prendere" la pallina come una gomma liscia. Il risultato è che torna indietro una pallina con effetto diverso da quanto ci aspetteremmo se colpisse una gomma liscia







- L'effetto si inverte parzialmente, trasformando il topspin in un leggero backspin.

- Questo destabilizza gli avversari, perché si aspettano un rimbalzo con spin standard e invece ricevono una palla "sporca" e difficile da controllare.

2. Effetto di disturbo (wobble effect)

- Poiché i puntini si piegano in modo irregolare, la pallina può uscire con traiettorie imprevedibili.

- Questo rende difficile leggere l’effetto e rispondere in modo efficace.

Effetto delle gomme antispin
Le gomme antispin hanno una superficie liscia e con attrito minimo, quasi zero. Questo ha due conseguenze principali:

1. Annullamento dell'effetto avversario

- Quando un giocatore esegue un topspin o un backspin, la gomma antispin non riesce ad "afferrare" la pallina e quindi non imprime nuovo effetto, restituendola con una rotazione quasi invariata.

- Questo confonde gli avversari, che si aspettano di dover gestire un forte effetto ma si trovano con una palla senza rotazione o con un effetto inverso.

2. Rimbalzi lenti e imprevedibili

- Poiché l’attrito con la pallina è ridotto, la velocità del colpo diminuisce, dando all’utilizzatore della gomma antispin più tempo per rispondere.

- Inoltre, il rimbalzo della pallina può risultare "morto", cioè senza la spinta tipica delle gomme standard, rendendo difficile attaccare con potenza.

Perché le gomme long pimples e antispin mettono in crisi i giocatori con gomme standard?
· Difficoltà a leggere l’effetto: gli avversari si aspettano un comportamento classico della pallina, ma ricevono palle con effetto invertito o nullo.

· Palline imprevedibili: il "wobble effect" delle gomme puntinate lunghe e i colpi "morti" delle antispin rendono difficile il controllo.

· Cambi di ritmo: le gomme standard favoriscono un gioco veloce e aggressivo, mentre le gomme di disturbo rallentano e spezzano il ritmo, costringendo gli avversari a riadattarsi continuamente.

In sintesi, come ho anche spiegato nel mio post:

Confronto dei rimbalzi della pallina tra gomme lisce e puntinate lunghe ~ APPUNTI DI TENNISTAVOLO DEL TECNICO RICCARDO

le gomme puntinate lunghe e antispin sfruttano le proprietà dell’attrito in modo opposto rispetto alle gomme standard, generando effetti imprevedibili e mettendo in difficoltà i giocatori abituati a gestire il gioco con topspin e backspin tradizionali.
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Da questo punto in poi è la parte per chi vuole approfondire la fisica del tennistavolo, entriamo nel tecnico. Come al solito invito il lettore ad armarsi di carta, matita e calcolatrice e un po' di pazienza ad interpretare le formule utilizzate.
L'attrito è la forza che si oppone al movimento relativo tra due superfici a contatto. Esso può essere di diversi tipi:

· Attrito statico, che impedisce a un oggetto fermo di iniziare a muoversi.

· Attrito dinamico (o radente), che agisce su un oggetto in movimento, rallentandolo.

· Attrito volvente, che si verifica quando un oggetto rotola su una superficie, come una ruota su una strada.

· Attrito viscoso, che si manifesta quando un oggetto si muove attraverso un fluido, come l'aria o l'acqua.

Relazione tra attrito e il terzo principio della dinamica
Il terzo principio della dinamica (principio di azione e reazione di Newton) afferma che:

A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

L'attrito gioca un ruolo cruciale nel permettere il movimento. Ad esempio, quando camminiamo, spingiamo all'indietro il terreno con i piedi (azione), e il terreno ci spinge in avanti (reazione). Senza attrito, non riusciremmo a camminare, poiché i nostri piedi scivolerebbero senza presa (grip, in inglese).

Lo stesso vale per i veicoli: le ruote trasmettono una forza sulla strada grazie all'attrito, e la strada restituisce una forza che permette l'avanzamento. Senza attrito, le ruote slitterebbero e non si potrebbe controllare il veicolo.

Senza attrito tra l’acqua e i remi per esempio una canoa non potrebbe muoversi nel modo in cui siamo abituati a vederla e rimarrebbe desolatamente ferma al suo posto in mezzo ad un lago.

L'assenza di attrito nello spazio e i satelliti

Nello spazio, dove non c’è atmosfera, l'attrito è praticamente nullo. Questo ha conseguenze importanti:

· Gli oggetti in movimento continuano a muoversi indefinitamente nella stessa direzione se non interviene una forza esterna.

· I satelliti variano la loro direzione solo grazie all'uso di piccoli razzi chiamati thruster, che funzionano espellendo gas in una direzione e ricevendo una spinta uguale e contraria (terzo principio della dinamica).

· Senza attrito, un satellite in orbita intorno alla Terra non rallenta, a meno che non incontri l’atmosfera o un altro ostacolo.

Il Coefficiente di Attrito nel Tennistavolo
Ecco un estratto testuale del regolamento ITTF inerente le gomme:


Secondo il regolamento ITTF (Technical Leaflet T4: Racket Coverings), il coefficiente di attrito dinamico tra la gomma della racchetta puntinata (tipologia "OUT + LONG", le gomme lisce non sono regolamentate per l'attrito) e una pallina da ping pong deve essere maggiore di 0,5. Durante i test di laboratorio, viene applicata una forza normale (cioè perpendicolare alla superficie di gomma) di 50 mN (0,050 N) per misurare questo coefficiente.
Significato della Regola

• "The coefficient of kinetic friction": si riferisce allo specifico attrito dinamico, ovvero la resistenza che si oppone al movimento della pallina sulla gomma.
• "Between the rubber and a table tennis ball": il valore si applica al contatto specifico tra la superficie della gomma e la pallina da ping pong fatta di plastica ABS.
• "Must be greater than 0.5": il coefficiente di attrito deve essere superiore a 0,5, garantendo un livello minimo di resistenza.
• "In the test laboratory, a normal force of 50 mN is applied": nei test viene applicata una forza normale di 0,050 N sulla pallina. 50 mN (leggasi: "50 millinewton" corrispondono allla forza peso di un oggetto di circa 5 grammi.

Come Verificare il Rispetto della Regola
Per misurare il coefficiente di attrito, si utilizza un tribometro che testa il comportamento della gomma in laboratorio che prima di essere messa in commercio deve essere certificata come rispettosa del regolamento e solo in seguito omologata.



(la figura sopra è dimostrativa di come si allestisce una prova per misurare il coefficiente di attrito dinamico, in questo caso di una gomma liscia)

In alternativa, uno strumento portatile tipo piano inclinato portatile modificato potrebbe essere usato in modo indiretto per verificare sul campo di gioco il rispetto del valore minimo regolamentare dell'attrito dinamico di una gomma montata su una racchetta. Uno strumento adatto è stato omologato dalla FITET, si chiama bat tester e se ne parla in dettaglio al seguente link:
Il Bat tester: uno strumento contro le puntinate trattate - Tennis Tavolo


Bat tester
In estrema sintesi questo è il principio di funzionamento di questo strumento: se la gomma è trattata e quindi ha un coefficiente di attrito minore di 0,5, quando è posta su un piano inclinato (calcolato e fisso) fa scivolare un campione di prova posto su di essa. Se invece la gomma rispetta la regola, il campione di prova non scivola.

.............Vai sul mio blog per continuare la lettura completa di formule e calcoli................

Conclusione
50 mN corrispondono alla forza peso di circa 5,1 g, una forza piccola ma misurabile e adeguata per un test di laboratorio sull'attrito dinamico tra gomma e pallina. È fattibile usarla per questo scopo, soprattutto perché il test mira a valutare una proprietà specifica (l'aderenza minima della gomma) in condizioni controllate, non a simulare un colpo reale.

Queste misure e verifiche garantiscono che le gomme puntinate non siano troppo scivolose, mantenendo un livello minimo di attrito per evitare comportamenti di gioco estremi o imprevedibili.

--- Messaggio Unito Automaticamente, 31 Mar 2025 alle 10:07, Data originale: 30 Mar 2025 alle 13:28 ---

Rileggendo più volte questa discussione, mi sono accorto che ho citato il "wobble effect" attribuendolo al piegamento dei puntini. Si possono trovare diversi approfondimenti, anche su questo forum, che trattano il fenomeno degli effetti strani che tornano indietro dalle gomme puntinate.
Oltre ai puntini, questo fenomeno è influenzato in realtà anche dall'aria circostante il campo di gioco, come ad esempio spiegato nell'articolo al link seguente:
Why Do Long Pimples Wobble? - Greg's Table Tennis Pages
del mitico maestro austrialiano Greg Letts.
Se volete approfondire il TT e impratichire il vostro inglese, vi consiglio caldamente di passare dal suo blog!

 

Riporto dal mio blog un' ulteriore considerazione riguardante il coefficiente di attrito dinamico delle inverted rubber, ossia le gomme lisce standard:
Che valore hanno i coefficienti di attrito per le altre tipologie di gomme?
Come già fatto notare il regolamento non fissa dei valori minimi per le gomme lisce, comprese quelle antispin.

Con l'apparato di misurazione descritto si potrebbero misurare precisamente i coefficienti di attrito dinamico di tutte le gomme. I produttori però non dichiarano questi valori (francamente non si capisce bene il perché) che da misure indipendenti variano tra 1,5 (gomme appiccicose cinesi) e pochi decimi, anche inferiori al valore 0,5 (gomme antispin) minimo fissato per le gomme puntinate!

Si potrebbe ritenere che per un gioco da attaccante con due lisce standard (lo stile più diffuso tra i giocatori a tutti i livelli) alti livelli di attrito del topsheet siano sempre un vantaggio perché permettono le maggiori varietà possibili di spin.

A parte il fatto che una gomma che produce più spin è anche la gomma che lo subisce di più (e questo potrebbe essere uno svantaggio nella risposta al servizio), in realtà oltre al coefficiente di attrito del topsheet bisogna considerare anche la gommapiuma sottostante che per effetto del colpo si comprime facendo penetrare in essa la pallina in modo più o meno marcato a seconda dell'energia dell'impatto e della morbidezza della gommapiuma. In generale gomme più morbide permettono alla pallina di affondare maggiormente nella gommapiuma, mentre quelle più dure si deformano in misura minore.
Le gommepiume più dure sono le preferite tra i professionisti in quanto consentono di imprimere velocità superiori ai colpi eseguiti dalla media e lunga distanza dal tavolo.

Se la pallina entra maggiormente nella gommapiuma, anche per soli pochi decimi di millimetro, il tempo di contatto gomma/pallina aumenta e questo consente in teoria di imprimere maggiore spin. Ma siccome l'elasticità del topsheet è anche un fattore altrettanto importante, si capisce che per valutare una gomma dal punto di vista della capacità di generare spin occorre considerare tutti vari fattori nelle varie dinamiche di gioco a varie velocità e quindi energie cinetiche.

In modo più rigoroso si dovrebbe considerare la possibilità di generare spin direttamente proporzionale al coefficiente di attrito dinamico non considerato come una costante fissa, ma variabile in funzione della deformazione della pallina/gomma, ossia in ultima analisi funzione matematica delle energie cinetiche di impatto della pallina sulla gomma considerata come l'unione di due componenti: topsheet+gommapiuma.

Nell'apparecchio di misura si dovrebbero caricare sulla pallina altri pesi oltre il limite imposto di 50mN di forza peso, fare deformare la gomma con diversi step via via crescenti, misurare per ognuno di questi i valori di forza col tribometro e quindi calcolare il coefficiente di attrito mediante la formula illustrata in precedenza.

Ho trovato al riguardo alcuni studi che riportano delle misure per alcune gomme di prova, ma non ritengo sia il caso di approfondire ulteriormente l'argomento oltre questo punto almeno per adesso, qui e sul mio blog.

--- Messaggio Unito Automaticamente, 31 Mar 2025 alle 10:23, Data originale: 31 Mar 2025 alle 10:11 ---

Riguardo il bat tester, su questo forum si è scritto molto, anzi troppo direi.
Io stesso ho forse semplificato troppo la descrizione dello strumento qui sul forum, mentre sul mio blog ho aggiunto qualche altra precisazione e link, ma vi prego, non chiedetemi altro su questo specifico argomento, visto che ci hanno lavorato esperti molto più di me.

Mi sarebbe piaciuto molto entrare nel gruppo tecnico che ha progettato lo strumento, ma in quegli anni ero preso dalla mia professione e non pensavo minimamente al TT!

Chi vuole approfondire l'argomento può farlo a partire dal link già segnalato sopra che fa riferimento al sito amico:
Homepage - Tennis Tavolo
Il Bat tester: domande e risposte per usarlo correttamente - Tennis Tavolo

 

Molto interessante il concetto di "wobble effect" (cioè l'apparentemente strana oscillazione che la pallina fa quando viene colpita da una gomma puntinata), attribuito al piegamento apparentemente casuale dei puntini, che per la stragrande maggioranza dei pongisti è frutto del taroccamento effettuato ammorbidendo i puntini con trattamenti metodi chimici e/o fisici.

L'articolo che hai linkato ipotizza invece che per far "oscillare" la palla bisogna "spegnere" l'effetto, sperando che le correnti d'aria naturali facciano il loro dovere, facendo prendere alla palla direzioni imprevedibili.

L'articolo spiega che i puntini lunghi sono più efficaci nell'eliminare lo spin, perchè si piegano attorno alla palla e tendono ad "afferrarla" da tutte le direzioni, creando l'effetto di "galleggiamento".

La bravura di alcuni giocatori consisterebbe quindi nella capacità di colpire la palla con un colpo relativamente piatto o con un colpo che vada un contro la rotazione della palla (una sorta di chop block). Questo spiegherebbe anche perché i puntini rigidi con la parte superiore vetrosa e senza attrito, ma con i lati grippanti sono i migliori nel creare palle oscillanti, specie quando rispondono a topspin con alte rotazioni: ci vuole una certa quantità di rotazione per riuscire a piegare i puntini attorno a tutti i lati della palla.

Se questi concetti sono corretti dal punto di vista scientifico, Stefano Guerrini è sicuramente il miglior fisico del settore...

 

Non del tutto vero: dipende dalla forza del colpo.
Sulla base delle esperienze dei giocatori professionisti, le gomme morbide consentono di dare più effetto e velocità nei colpi eseguiti lentamente, quelle dure invece rendono maggiormente nei colpi eseguiti con potenza.
Nei colpi di controllo come servizio, risposta e palleggio inoltre le gomme morbide hanno più effetto catapulta, quindi costringono i giocatori a frenare il colpo, cosa che non avviene con le gomme dure.

 

Ciao Giovanni, e innanzitutto grazie per il commento.

Fammi capire meglio e a scanso di equivoci consideriamo in prova due gomme lisce inverted rubber, stesso topsheet, una con gommapiuma morbida, l'altra con gommapiuma dura montate su telai equivalenti.
Io faccio una distinzione tra:
1)colpi ad alta energia cinetica (quelli che partono con più alta velocità dopo l'urto)
2)colpi con bassa energia cinetica (quelli che partono con meno velocità dopo l'urto).
Colpi del primo tipo sono ad esempio i colpi eseguiti in controtop da lontano.
Colpi del secondo tipo sono ad esempio i servizi o il palleggio.

Consideriamo colpi eseguiti con lo stesso movimento ed energia prima con una gomma e poi con l'altra e confrontiamoli.

Ritengo che con gommapiuma morbida i colpi di tipo 1 penetrano maggiormente nella piuma morbida rispetto alla dura. Con la piuma morbida la palla va più lenta di quella dura perché dopo l'urto la piuma morbida restituisce meno energia della piuma dura (assorbe e poi dissipa di più l'energia dell'impatto sotto forma di calore e non restituisce l'impulso così bene come la piuma dura), ma la pallina dovrebbe girare di più perchè stando a contatto una frazione di tempo maggiore il giocatore ha più tempo per imprimere l'effetto desiderato. I professionisti devono cercare velocità elevate anche da lontano e per questo motivo prediligono piume dure. La sensazione di controllo è quella di poter gestire per più tempo la pallina sulla gomma (anche se è tempo infinitesimo, parliamo di millisecondi misurati). E' per questo che genericamente si definiscono le piume morbide più controllose rispetto a quelle dure.

I difensori cercano più controllo, mentre gli attaccanti più velocità

I colpi di tipo 2 penetrano molto di meno nelle due gommapiume, ma a basse velocità la piuma morbida dovrebbe restituire di più l'energia (e quindi la velocità), rispetto alla piuma dura. Quindi la velocità potrebbe essere leggermente maggiore con la piuma morbida di quella dura (l'effetto catapulta che hai citato). Lo spin invece non dovrebbe variare in modo significativo tra le due gomme in questo caso perchè il tempo di contatto è praticamente simile nei due casi. Con certi topsheet più elastici e performanti forse addirittura sarebbe meglio avere la piuma dura per dare più spin e perchè la risposta è più lineare (la piuma dura in questo caso non si attiva o si attiva in modo infinitesimo).

Poi ci sono tutti i colpi intermedi tra quelli di tipo 1 e 2 e qui ci sarà talmente una varietà di situazioni che ogni giocatore giudicherà in base alla propria sensibilità di mano.

Inoltre è sempre la combinazione di tre variabili:
topsheet + gommapiuma+ telaio
che determina la risposta finale del materiale. Se cambiamo durante i test due variabili su tre, è molto difficile attribuire a solo una di esse le differenze di comportamento.

Il coefficiente di attrito dinamico è SEMPRE dipendente dalla deformazione totale (topsheet+gommapiuma) e influisce sullo spin in misura QUASI diretta (maggiore è il valore, maggiore è lo spin). Purtroppo questo valore NON è costante perchè nella pratica di gioco facciamo penetrare la pallina nella gomma ogni volta in modo diverso per colpi e velocità diverse.

Sei d'accordo con queste mie affermazioni?

Per tutti gli altri: Spero di non aver confuso le idee, anzi siete tutti invitati a contribuire.
Grazie per l'attenzione.
Ric.

 

Non del tutto corretta la descrizione della dinamica del colpo di tipo 1.
Inoltre esistono anche colpi d'attacco portati con meno velocità.
Il fatto che la palla stia più tempo dentro la gomma non assicura una maggiore rotazione, ma un maggiore effetto fionda, quindi più parabola o più velocità finale, secondo come viene portato il colpo.
Invece la gomma dura trasmette più energia alla palla sia in termini di effetto che di velocità, in compenso nei colpi di tocco risulta più lenta, quindi più controllo nei palleggi, nei flick e nei block.
In definitiva se il gesto tecnico è esplosivo le gomme dure rendono meglio, se il gesto è più "accompagnato" le gomme morbide facilitano il gioco, ma al prezzo di minore incisività.