스포츠 기술과 스포츠 공학에서의 동적인 영역 (dynamic arena)에서, 엔지니어들은 장비의 에너지 저장 및 손실에 대해 특히 관심을 갖고 있습니다. 팽창 가능한(또한 고체인) 공은 때때로 공과 고체판 사이의 상호 작용을 설명하는 반발 계수에 의해 지배되기도 합니다. 적절한 동적 특성은 재료, 구조, 그리고 팽창 압력의 신중한 선택을 통해 얻을 수 있습니다. 공이 제조 공장을 떠난 뒤, 재료과 구조는 상대적으로 변화가 없지만, 내부 압력은 그저 사용 기준의 추천만 받은 운동 선수의 판단에 남게 됩니다. 때문에 초과 압력 (over pressurization)과 미달 압력(under pressurization)사이의 관계 및 다양한 수준의 변형에 따른 에너지 손실을 관찰하기 위한 연구가 시행되었습니다.

경량 압축 판을 장착한 ElectroPuls™ E3000이 공 전체를 압축하는데 사용되었습니다. 연구를 하는 동안, 서로 다른 종류의 많은 공들 (축구공, 배구공, 실내축구-futsol, netball, 리듬체조 공)을 테스트하였고, 농구공으로 부터의 테스트 결과가 여기에 제시되었습니다. 각 공은 초기의 위치 중앙값(mean level)에서 5mm의 진폭을 갖는 일정한 주파수로 주기적으로 압축되었는데, 이후 5mm씩 증가시켰습니다. 공의 움직임은 WaveMatrix™ Dynamic Testing Software안의 디지털 엔코더 컨트롤(digital encoder control)로 규정하였다. 각 공에 대한 테스트는 다음 세가지 압력 조건 하에서 이루어졌습니다.

  • 공에 대해 규정된 압력 범위에서의 중간 값에 해당하는 정상 압력
  • 정상 압력보다 25% 낮은 저압 (under-pressure)
  • 정상 압력보다 25% 높은 고압 (over-pressure)

하중-변위 그래프는 각각의 처음 변위에서 마지막 사이클(20번째)을 통해 얻었습니다. 수치적으로 통합된 하중이 가해졌을 때(loading)와 하중이 제거될 때(unloading)의 그래프 차이가 각각의 압축 사이클 에서의 에너지 손실을 의미합니다. 제시된 그래프는 다양한 사이클에서 시스템에 가해진 에너지에 대한 에너지 손실 비율을 나타냅니다. 막대가 클수록 상대적으로 에너지 손실이 크다는 것을 의미합니다.

녹색 막대로 표시된, 적절하게 팽창된 공은 세가지 압력 테스트중에서 가장 낮은 에너지 손실을 보였습니다. 적게 팽창된 공에서의 가장 큰 에너지 손실은 굽힘과 구형판면의 변형(hoop strain) 사이의 상호작용에 기인한 것으로 보입니다. 높은 압력에서, 공은 근본적으로 pre-loaded 상태에 놓여있고, 판은 탄성 영역을 벗어날 수도 있는 큰 범위의 변형률에 놓여 있습니다. 고탄성 재료의 경우, 높은 변형률에서 더 큰 에너지 손실이 발생한다는 것은 당연합니다. 공 전체의 동적 압축 테스트는 스포츠 공에서의 내부 압력의 역할을 파악할 수 있게 하며, 이와 같은 빠른 연구들은 전체적인 공의 운동에 대한 계량화에 도움을 주며, 추후의 연구에 대한 새로운 영역을 제시합니다.

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