Maschinenbau-Professorin Jenn Rossmann wurde kürzlich vorgestellt bei NPR-Podcast letzten Donnerstag mit den Reporterinnen Emily Kwong und Maddie Sofia über ihre Forschungen rund um die Wissenschaft der Kurve eines Wiffle-Balls.
Als „langjähriger Zuhörer“ von NPR war es für Rossmann eine surreale Erfahrung.
„Ich hätte nie gedacht, dass ich meine eigene Stimme in der vertrauten Großfamilie der NPR-Moderatoren hören würde. Es hat so viel Spaß gemacht, mit Emily Kwong zu reden“, schrieb Rossmann in einer E-Mail.
Wie im Podcast erklärt, wurde das Wiffle-Ball-Spiel 1953 erfunden und ist eine leichte Alternative zur Verwendung eines Baseballs. Das Besondere an diesem Ball ist, dass Sie dMan braucht keinen guten Nickarm, um diese Kugeln krümmen zu lassen, und die Hersteller wissen nicht einmal wirklich, warum.
Als jemand, der sich auf Strömungsmechanik spezialisiert hat und dafür bekannt ist, nach Wegen zu suchen, das Lernen für ihre Schüler praxisorientierter zu gestalten, war Rossmann iInspiriert von der Mechanik der Wiffle-Kugel und fing an, sie für Forschungszwecke mit ihren Schülern einzusetzen. Diese Forschung begann im Jahr 2002 und Experimente werden in einem Windkanal durchgeführt.
Rossmann erklärte, dass die Strömungsmechanik beinhaltet, sowohl zu untersuchen, wie und warum Flüssigkeiten fließen, als auch welche Kräfte auf sie einwirken und welche Art von Mustern sie nachzeichnen.
Rossmann und ihre Studenten untersuchen die „eigenartige Physik der Wiffle-Kugelkurve“. Diese Idee war ein relativ nSie musste ein neues Rätsel lösen, da diese Frage zuvor noch nie wirklich wissenschaftlich untersucht worden war.
Es stellt sich heraus, dass aSymmetrie macht den Wiffle Ball so dynamisch. Wie im Podcast erklärt, ist der Ball hOle stört den Luftstrom um den Ball herum, und weil er so leicht ist, hat er eine instabile und unvorhersehbare Flugbahn.
Rossmann bEgan führte Experimente mit Studenten durch, bei denen sie den Windkanal auf dem Campus von Lafayette nutzten.
„Der Windkanal in Aopian [Engineering Center] ermöglicht es uns, eine Vielzahl von Strömungen zu untersuchen, sodass wir es verwenden, um Studenten beim Erlernen von Auftriebs- und Widerstandskräften zu helfen, und wir verwenden es, um Prototypen für Design und Projekte zu testen (von einem Satellitenballon in großer Höhe, den der ASME-Club entworfen hat, bis hin zu Flugzeugen Komponenten) oder aerodynamische Kräfte für Forschungsprojekte messen, zum Beispiel an fliegenden Insektenmodellen“, schreibt Rossmann.
Dann spießen sie die Wiffle-Bälle auf, um sie in verschiedenen Winkeln an Ort und Stelle zu halten, und manipulieren die Fluggeschwindigkeit, um die nachfolgenden Kräfte auf den Ball zu messen.
Rossmanns Forschungsarbeit, die im herauskam Amerikanisches Journal für Physik untersuchte, was mit der Luft über, auf und im Inneren des Balls passierte, indem er den Windkanal benutzte. Sie nannte diesen Mechanismus den „gefangenen Vortex-Effekt“.
„Dies ist der Fall, wenn die Strömung in einer Kammer oder einem Hohlraum herumwirbelt – ein Wirbel ist ein Bereich mit sich drehender Flüssigkeit – und die Kammer nicht verlässt“, erklärte Rossman. „Im Fall des Wiffle-Balls gibt es ein Paar eingeschlossener Wirbel im Inneren des Balls, die zusammen eine Kraft von innen auf den Ball ausüben und seine Flugbahn beeinflussen.“
Ein Teil der Wiffle-Ball-Kultur, wie im Podcast besprochen, beinhaltet die Kunst, die Wiffle-Bälle zu zerkratzen, um ihre Leistung zu steigern. Rossmann und ihre Studenten erstellen nun einen „Atlas“, der zeigt, wie sich verschiedene Oberflächenabnutzungen, Messermuster und andere „Aftermarket“-Anpassungen auf die entsprechende aerodynamische Leistung auswirken. Sie haben sogar Spenden von Kugelballspielern mit Bällen mit unterschiedlichen Schrammen erhalten, um zur Forschung beizutragen.
„Es ist so lohnend, wenn wir unser Wissen über das Klassenzimmer hinaus erweitern und neue Fragen stellen, Entdeckungen machen und Probleme gemeinsam lösen können“, sagte Rossmann.
Ihre Forschung zeigte, wie die Wirkung auf den Ball von der Geschwindigkeit, mit der der Ball geworfen wurde, sowie von der Ausrichtung des Balls, als er geworfen wurde, abhängig war. Rossmann und ihre Schüler verwendeten ein Computermodell, um zu zeigen, ob Außen- oder Innenluft einen größeren Einfluss auf die Gesamtflugbahn des Balls hatte.
Rossmann glaubt, dass es wertvoll ist, Phänomene zu verstehen, auch wenn keine unmittelbare praktische Anwendung im Sinn ist. Sie erklärte jedoch, dass diese Forschung verwendet werden kann, um andere Sportgeschosse zu entwerfen, oder „es kann auch etwas sein, das auf einen anderen Bereich übertragbar ist, wie vielleicht könnten wir diese Arbeit anwenden, um über die Stabilität eines kleinen Flugzeugs oder einer Drohne nachzudenken. “ Sie sagte.
In dem Podcast betonte Rossman, wie wichtig es ist, in der Wissenschaft Fehler zu machen und daraus zu lernen.
„Manchmal wird Wissenschaft so gelehrt, als wäre es ein monolithischer Wissenskörper, der in Stein gemeißelt wäre … Die Menschen haben sich dieses Wissen angeeignet, indem sie herumstolperten, Dinge ausprobierten und die falsche Idee hatten und immer wieder lernten“, sagte sie . „Je menschlicher man es macht, desto mehr ist es jedem Studenten möglich, sich selbst als potenziellen ‚Macher‘ der Wissenschaft zu sehen.“