Curling

Onder de kop `Bij Curling stoppen draaien en schuiven op hetzelfde moment' besprak Dirk van Delft al weer enige tijd geleden (W&O, 14 juni) het artikel van Friedrich E. Wolf e.a. in Physical Review Letters: `Frictional Coupling between Sliding and Spinning Motion'.

Hij benadrukt daarbij dat de translatie en de rotatie van de schijf steeds op hetzelfde moment tot stilstand komen en dat de rotatie de wrijving van de translatie vermindert en omgekeerd. Uitgaande van Coulombse wrijving tussen schijf en ondergrond worden in het artikel voor deze gecombineerde beweging betrekkingen afgeleid en deze zijn vervolgens door proeven met een plastic schijf op een nylon tapijt bevestigd.

Minder aandacht krijgt het feit dat op de schijf geen resulterende kracht in dwarsrichting blijkt te werken, zodat de schuifbeweging in een rechte lijn blijft verlopen. Voor een betrekkelijk slanke cilinder geldt dit overigens niet, zoals ook uit het artikel blijkt: onder invloed van de vertraging ontstaat een koppel waardoor aan de voorzijde van de cilinder de vlaktedruk toeneemt en aan de andere zijde afneemt. Deze ongelijkmatige vlaktedrukverdeling geeft aanleiding tot een kracht loodrecht op de schuifrichting.

Dat bij een schijf met in verhouding tot de diameter geringe dikte geen dwarskracht optreedt, blijkt gemakkelijk als men twee willekeurige oppervlakte-elementjes van de schijf beschouwt die symmetrisch zijn gelegen ten opzichte van de middellijn van de schijf loodrecht op de schuifbeweging. De translatie- en rotatiesnelheid zijn voor beide elementjes gelijk; de hoek die de resulterende snelheid en de werklijn van de wrijvingskracht maken met de voerstraal is gelijk en tegengesteld. De wrijvingskrachten op de elementjes kunnen langs deze werklijnen worden verplaatst tot het gemeenschappelijke snijpunt met de genoemde middellijn, waarbij blijkt dat de componenten loodrecht op de schuifbeweging elkaar opheffen. Aldus resulteert hier een kracht in de schuifrichting, welke ook aanleiding geeft tot een koppel om het middelpunt van de schijf.

Opgemerkt zij dat in het artikel van Wolf e. a. de Schotse sport curling nergens wordt genoemd; de interesse gaat daarin veeleer uit naar de invloed van de wrijvingsvermindering ten gevolge van de gecombineerde beweging bij het transport en het opslaan van korrelige materialen. Men kan betwijfelen of bij curling speciaal bij een met hoge snelheid glijdende en roterende schijf en bij hogere omgevingstemperaturen steeds Coulombse wrijving optreedt, dan wel dat tussen de schijf en het ijs een uiterst dun laagje water aanwezig is. In dat geval heeft men te maken met hydrodynamische wrijvingskrachten, welke evenredig zijn met de plaatselijk optredende snelheid. Dit was aanleiding dit geval nader te bekijken.

Bij hydrodynamische wrijving zijn de resulterende kracht en het resulterende koppel op de schijf door integreren eenvoudig te bepalen. Daarbij blijkt de kracht evenredig met de schuifsnelheid en onafhankelijk van de rotatiesnelheid. Het koppel blijkt evenredig met de rotatiesnelheid en onafhankelijk van de schuifsnelheid. Er is dus geen koppeling tussen beide bewegingen, zoals bij de Coulombse wrijving het geval was. Niettemin blijkt de snelheid van beide bewegingen voortdurend in gelijke mate af te nemen, zodat de verhouding tussen translatiesnelheid en rotatiesnelheid gelijk blijft.

    • Ir. J.M. Hermes Brunssum