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¿Por qué las pelotas de golf tienen hoyuelos?

Categoría: Tecnología

A mediados del siglo XIX, los golfistas notaron algo raro: las pelotas viejas, llenas de golpes y rayones, volaban mejor que las nuevas y perfectas. Parece al revés, y sin embargo la superficie áspera ayudaba. Hoy las pelotas de golf traen unos 300 a 500 hoyuelos, y una medición hecha en un túnel de viento mostró lo que hacen con el aire.

Por qué una pelota de golf rayada volaba mejor que una lisa

Las primeras pelotas de golf no se parecían a las de hoy. Según se cuenta, en 1848 el reverendo Robert Adams Paterson inventó una pelota de gutapercha, una resina de árbol que se ablanda con calor y se moldea con la mano. Se la llamó guttie (o gutty), y era más barata y más fácil de controlar que las anteriores [1].

Con los golpes, la guttie se llenaba de marcas. Los jugadores descubrieron que una pelota marcada volaba mejor, con un vuelo más constante, que una perfectamente lisa [3]. Alguien tuvo una idea natural: si las marcas ayudan, ¿por qué no ponerlas desde la fábrica? Hacia principios del siglo XX ya había pelotas con la superficie trabajada a propósito. La patente del diseño de hoyuelos es de principios del siglo XX [3].

Esa historia deja una pregunta que no se responde mirando las pelotas: ¿qué hace un hueco diminuto con el aire para que la pelota llegue más lejos?

Una pelota lisa arrastra una «estela» de aire detrás

Cuando una pelota atraviesa el aire, el aire tiene que rodearla. Por delante se abre paso sin problemas. Por detrás, en cambio, puede despegarse de la superficie y dejar una zona de aire desordenado, la estela. Cuanto más ancha es esa estela, más fuerte «tira» hacia atrás de la pelota. Ese tirón es la resistencia del aire, también llamada arrastre.

Un modo sencillo de imaginarlo es el de un río con una piedra grande: detrás de la piedra se forma un remolino. Es una imagen para entender la idea, no un modelo exacto. En una pelota lisa que vuela a la velocidad de un golpe de golf, el aire pegado a la superficie va ordenado en capas y se despega pronto, así que la estela es ancha. En el experimento que veremos, la esfera lisa se despegaba del aire a unos 82 grados medidos desde el punto frontal [2].

Los hoyuelos agitan el aire para que se pegue más tiempo a la pelota

La explicación aceptada es esta: cada hoyuelo provoca un pequeño despegue local del aire. Ese despegue se vuelve inestable y genera mucha turbulencia justo al lado de la pelota. El aire turbulento lleva más energía cerca de la pared, así que vuelve a pegarse a la superficie y aguanta más tiempo, hasta más atrás, antes de soltarse del todo. Con el despegue principal retrasado, la estela se estrecha y la resistencia baja [2].

La medición clave es de 2006. El equipo de Haecheon Choi, en la Universidad Nacional de Seúl, usó una esfera de plástico de 150 mm con 392 hoyuelos de 0,6 mm de profundidad y 13 mm de ancho, parecida en su comportamiento al aire a una pelota de golf real. La probó en un túnel de viento con velocidades de 5 a 28 m/s. Con los hoyuelos, la resistencia bajó hasta alrededor de un 50 % respecto de la esfera lisa [2]. Ese «hasta la mitad» es el mejor resultado de ese experimento, no una cifra fija para cualquier pelota o cualquier velocidad.

Lo curioso es que, hasta ese trabajo, nadie había medido directamente el aire sobre los hoyuelos. Las ideas anteriores (por ejemplo, que los hoyuelos crean pequeños remolinos que dan energía al aire) eran conjeturas que no se habían comprobado con medidas porque es muy difícil medir el flujo tridimensional tan cerca de los hoyuelos [2]. Es un buen recordatorio de que algo muy común puede seguir con detalles por aclarar.

Los hoyuelos también ayudan a que la pelota se sostenga en el aire

La resistencia no es todo. Un golpe de golf hace girar la pelota hacia atrás (efecto retro), y ese giro, junto con el aire que pasa a su alrededor, crea una fuerza hacia arriba que ayuda a que la pelota siga en el aire, algo parecido a lo que ocurre con el ala de un avión. La descripción habitual es que los hoyuelos permiten que esta fuerza sea mayor que en una pelota lisa [3]. Por eso, cuando se dice que los hoyuelos «ayudan a volar», se trata de dos efectos: menos resistencia y más sustentación.

Hay un límite muy estricto en la fabricación: las reglas internacionales del golf (R&A y USGA) dicen que la pelota no debe pesar más de 45,93 g ni medir menos de 42,67 mm de diámetro, y que no puede diseñarse para comportarse de forma distinta a una esfera simétrica [4]. Los hoyuelos pueden ser más o menos, pero tienen que repartirse de forma que la pelota se comporte igual sin importar cómo caiga sobre el tee.

Un balón de fútbol con hoyuelos no gana lo mismo

Si los hoyuelos son tan buenos, ¿por qué los balones de fútbol no los llevan como una pelota de golf? Un equipo de la Universidad de Tsukuba (Japón) probó en un túnel de viento balones de 32, 12 y 6 paneles, cada uno con y sin hoyuelos. A velocidades medias (10 a 20 m/s) los balones con hoyuelos tenían menos resistencia. A velocidades de un tiro fuerte (25 a 35 m/s) ocurrió lo contrario: el balón sin hoyuelos tuvo menos resistencia [5].

En cambio, con hoyuelos el balón mostró fuerzas laterales y verticales más estables a gran velocidad [5]. Es decir, el efecto de los hoyuelos depende del tamaño de la pelota y de la velocidad a la que viaja, y no es una mejora automática. Esto pone la respuesta a nuestra pregunta en su lugar: los hoyuelos funcionan en una pelota de golf porque de esa forma, tamaño y velocidad, resultan útiles.

Compara los hoyuelos de una pelota de golf con otras pelotas

No hace falta un túnel de viento para empezar a mirar con otros ojos. Si tienes una pelota de golf en casa (o puedes pedir prestada una), compárala con un balón de fútbol y con una pelota de tenis. Mira con una regla qué tan ancho es un hoyuelo comparado con toda la pelota, y cuántos hoyuelos caben en una línea recta de unos 5 cm sobre la pelota. Pregúntate si en el balón de fútbol las costuras y los paneles hacen un papel parecido o diferente. Si no tienes una pelota de golf, basta una foto: lo importante es comparar el tamaño de los huecos con el de la pelota.

Si quieres leer más, el artículo de 2006 de Choi y colaboradores es corto y trae la medición completa [2], y el estudio de la Universidad de Tsukuba sobre balones de fútbol está disponible en línea [5].

Fuentes

  1. Smithsonian Magazine, «600 years: how the golf ball evolved» (enlace). Fuente para la pelota guttie, que era más barata y más fácil de controlar, y para la observación de que las pelotas gastadas viajaban más lejos. Consultada en inglés; se leyó el texto del artículo.
  2. Choi, J., Jeon, W.-P. y Choi, H. (2006), «Mechanism of drag reduction by dimples on a sphere», Physics of Fluids 18, 041702 (PDF). Fuente de la reducción de arrastre, la esfera de 150 mm con 392 hoyuelos, el despegue a unos 82° de la esfera lisa y el mecanismo. Se leyó el resumen y la primera parte del texto (introducción, montaje y resultado principal); no se revisó el artículo completo.
  3. Wikipedia, «Golf ball» (enlace). Fuente para el año de la pelota de gutapercha (1848), las marcas que dan un vuelo más constante, el rango de unos 300 a 500 hoyuelos (cifra aproximada) y la explicación de la sustentación por efecto retro. Fuente general; el año de la patente de hoyuelos aparece como 1905 en este artículo y como 1908 en otros resultados consultados, por eso el texto no da un año.
  4. The R&A, «Part 4: Conformance of Balls», reglas de equipamiento (enlace). Fuente para el peso máximo, el diámetro mínimo y la simetría esférica. Consultada en inglés; se leyó el texto de la norma. No indica aquí el valor del límite de velocidad inicial.
  5. Hong, S. y colaboradores, Universidad de Tsukuba, «Effects of Dimple on Soccer Ball Aerodynamics» (enlace). Fuente para los balones de 32, 12 y 6 paneles con y sin hoyuelos y los rangos de velocidad. Se consultó un resumen del contenido de la página; no se verificó el texto completo del estudio ni las cifras de dimensiones de los hoyuelos.

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