Käytiin eilen kaveriporukalla keilaamassa. Oli hauskaa!

Menikö hyvin?

No, muutaman kerran olen käynyt, en ole kummoinen keilataituri. Yhtä asiaa ihmettelin. Minä tähtään aina suoran heiton keskelle. Mutta tällä kertaa viereisellä radalla harjoitteli joku ammattilaisen näköinen kaveri. Hän tähtäsi heiton niin, että se ensin lähti kohti ränniä, mutta heitot osuivat yleensä ensimmäiseen keilaan hieman vinossa. Se näytti kummalliselta mutta tehokkaalta. Mutta miten ihmeessä tuo tapa voi toimia?

Kuva 1. Keilaaminen on hauskaa.

Pohditaanpa asiaa yhdessä. Miksi itse luulet, että keilaaja teki tuollaisen heiton?

Keilaamisessahan on tarkoitus kaataa kaikki 10 keilaa mahdollisuuksien mukaan yhdellä heitolla. Koska keilat ovat aina samoilla paikoilla toisiinsa nähden, on mahdollista selvittää optimaalinen tapa osua keiloihin siten, että kaikki 10 kaatuvat.

Miljoonien ja miljoonien heittojen jälkeen data osoittaa, että paras mahdollisuus kaataa kaikki keilat on, jos heitto osuu ns. “taskuun” eli kärkikeilan ja sen takana olevan joko oikeanpuoleisen tai vasemmanpuoleisen keilan väliin 6 asteen kulmassa suorasta linjasta. Voisi kuvitella, että olisi parasta osua suoraan etummaiseen keilaan keskeltä. Näin ei kuitenkaan ole! Koska keilarata on pitkä ja kapea, on heitossa oltava runsaasti kierrettä, jotta pallo osuisi keiloihin noin kuuden asteen kulmassa (Kuva 2).

Kuva 2: Kun keilapallon osuu taskuun optimaalisella noin kuuden asteen kulmalla, todennäköisyys kaatoon on suurin.

Se viereisen radan kaverikin vaikutti laittavan palloon kierrettä.

Varmaankin niin, jos kyseessä oli ammattilainen. Kierrepallolla liikkeen suunta ei säily. Siis sen sijaan, että keilapallo liikkuisi suoraan kuvitteellista janaa pitkin, liikkeen suunta muuttuu pallon edetessä. Optimaalisen kulman saavuttaminen ilman kierrettä edellyttäisi keilapallon heittämisen viereisen radan heittopaikalta! Ilman kierrettä ensimmäiseen keilaan olisi mahdollista osua ainoastaan $1{,}45$ asteen kulmassa. Tällä kurssilla aiemmin tutustuimme jo jalkapallon kierteeseen osiossa “Voisiko jalkapalloa potkaista kierteellä niin, että se tulisi takaisin kuin bumerangi?”

Keilapallon liikkeessä voidaan erottaa kolme erilaista vaihetta: liuku, koukkaus ja vieriminen (Kuva 3).

Kuva 3: Oikeakätisen heittäjän keilapallon optimaalinen liike.

Vähän on hienostuneempi liikerata kuin omissa heitoissa! Miksi pallo kiertyy vain yhdessä kohdassa rataa: alussa ja lopussa se menee suoraan, mutta välissä se kiertyy? 

Yksi syy tälle, on se, että osalla radasta on öljyä, joka pienentää kitkaa. Öljyä on eniten radan alussa ja keskellä (kuva 4). Oikeakätinen keilaaja heittää pallon kohti oikeaa ränniä kuitenkin niin, että pallo pyrkii vasemmalle — kerron hetken päästä, miksi. Heiton alkuosassa pallo liukuu. Liukumisella tarkoitetaan pallon liikettä, jossa pallo pyörii itsensä ympäri eri suuntaan kun mihin pallo liikkuu. Liukumista tapahtuu kunnes pallo ajautuu pois radan öljytyimmältä osalta. Tällöin lisääntyneen kitkan vaikutuksesta pallon eteenpäin suuntautuva liike hidastuu, ja pallon liikesuunta kääntyy vasemmalle eli pallo koukkaa. Lopulta pallo vierii, eli pyörii liikkeen suunnassa ilman liukumista.

Kuva 4: Kaksi erilaista tapaa öljytä keilarata.

Mistä syystä pallo pyrkii vasemmalle? 

Syitä ovat pallolle annettu kierre ja massakeskipisteen epäsymmetrisyys. Tekijöistä vaikuttavin on kierre. Kun keilapalloa heitetään eteenpäin, keilaaja laittaa ranteellaan pallon pyörimään etenemissuunnan suhteen vastapäivään. Kitkan vaikutuksesta keilapallo koukkaa kierteen suuntaan eli vasemmalle. Usein myös luullaan, että keilapallo olisi täysin homogeeninen ja symmetrinen pallo.

Mitä tarkoitat: usein myös luullaan? Eivätkö keilapallot sitten ole symmetrisiä, paitsi että niissä on toki reiät sormia varten?

Itse asiassa eivät ole. Pallon sisällä on epäsymmetrinen paino, jonka vaikutuksesta pallon massajakauma ei ole täysin pallosymmetrinen (Kuva 5).

Kuva 5: Avattuja keilapalloja, joiden sisällä näkyy erimuotoisia painoja.

Koska pallo ei ole symmetrinen, niin sen massakeskipiste ei ole pallon geometrisessa keskipisteessä. Tällöin pallon paino ja pinnan tukivoima eivät täysin kumoa toisiaan, ja pallo liike kiihtyy sitä suuntaa kohti, missä keilapallon massakeskipiste on geometrisestä keskipisteestä nähden. Massakeskipisteen ja keilapallon keskipisteen välinen etäisyys on merkittävä: erässä tutkimuksessa millimetrin ero näiden pisteiden välillä vastasi 20 cm eroa siinä, missä kohdassa keilapallo osui keiloihin!

Millä nopeudella keilapalloa kannattaisi sitten heittää?

Jos tuota edellistä tekniikkaa käytetään, niin keilapalloa kannattaa heittää sellaisella nopeudella, että se alkaa vierimään juuri ennen kun se osuu keiloihin. Jos keilapallo alkaa vierimään jo ennen sitä kohtaa, niin se menettää energiaa ja keilat eivät kaadu yhtä tehokkaasti. Jos keilapallo ei ehdi aloittaa vierimistä, niin keilapallo ei ole kiertänyt tarpeeksi eikä se siten osu optimaalisella kulmalla keiloihin nähden.