Khi một kỹ sư NASA tham gia Pickleball, không phải chỉ vợt và bóng thu hút sự chú ý của anh ta, mà chính là những công thức vật lý cùng các con số đang chiếm lĩnh không gian xung quanh sân.

Pickleball hấp dẫn không chỉ vì tính chất thể thao của nó, mà còn bởi sự phong phú của các hiện tượng vật lý thú vị đang diễn ra trong suốt trò chơi.

Hiện nay, Pickleball đã trở thành một trào lưu mạnh mẽ, lan tỏa khắp mọi nơi. Những sân Pickleball xuất hiện với mật độ dày đặc, thậm chí nhiều chủ sân tennis đã đóng cửa để cải tạo và chuyển sang loại hình thể thao này.

Ở Hà Nội, những người chơi tennis giờ đây có thể phải di chuyển 10-20km mới tìm được sân chơi, trong khi chỉ cần vài bước chân là đã có thể gặp sân Pickleball. Tuy nhiên, sự phát triển của môn thể thao này không chỉ giới hạn ở Việt Nam.

Tại Mỹ, Pickleball đã trở thành môn thể thao phát triển nhanh nhất suốt 4 năm liên tiếp, thu hút hàng triệu người tham gia.

Theo một tổ chức thương mại, hiện có hơn 13,6 triệu người chơi Pickleball ở Mỹ, giúp môn thể thao này trở thành lĩnh vực có tốc độ phát triển người chơi nhanh nhất. Các thị trấn, trường học, và câu lạc bộ Pickleball đang ngày càng nhiều, thu hút mọi đối tượng trong xã hội.

Không thể không nhắc đến Phil Hipol, một kỹ sư động lực học kết cấu với nhiều năm kinh nghiệm trong ngành hàng không vũ trụ. Ông từng viết cuốn sổ tay về tiêu chí môi trường động cho NASA, và một cuốn cẩm nang về rung động và chống sốc cho ngành công nghiệp.

Khi bắt đầu tham gia chơi Pickleball, anh ấy bỗng nhận ra rằng môn thể thao này có rất nhiều điểm tương đồng với chuyên ngành của mình, từ động học của quả bóng, cấu trúc bề mặt vợt đến các rung động và âm thanh đặc trưng, đặc biệt là tiếng "pop" mà Pickleball tạo ra.

Mọi người nói rằng khi Hipol ra sân chơi Pickleball, anh không chỉ nhìn thấy vợt và quả bóng, mà xung quanh anh chỉ là những công thức vật lý. Dưới đây là một số điều thú vị mà chúng ta có thể học hỏi từ kho tàng công thức của Hipol:

Quỹ đạo của Pickleball giống như quỹ đạo của tên lửa

Một trong những nguyên lý cơ bản của vật lý chi phối Pickleball là chuyển động ném, mô tả hành trình của vật thể khi di chuyển trong không khí dưới tác động của lực hấp dẫn. Khi quả Pickleball được đánh, nó sẽ đi theo quỹ đạo cong gọi là cung parabol, tương tự như đường bay của các vật thể như tên lửa.

Góc và tốc độ quả bóng được đánh, cùng với lực hấp dẫn, sẽ quyết định hình dáng và độ cao của quỹ đạo quả bóng. Người chơi có thể thay đổi quỹ đạo của quả bóng bằng cách điều chỉnh góc vợt và lực vung vợt.

"Điều quan trọng là bạn phải có khả năng dự đoán đường đi hay quỹ đạo của quả bóng để có thể điều chỉnh vợt chính xác hơn, hoặc đặt mình ở vị trí thích hợp trên sân để trả bóng theo hướng bạn mong muốn," Hipol chia sẻ.

"Kiến thức về động học giúp chúng ta có thể giải quyết rất nhiều vấn đề liên quan đến chuyển động của quả bóng Pickleball như vận tốc, gia tốc, độ dịch chuyển, và thời gian bay. Ngoài ra, còn có các yếu tố khác như lực tác động của vợt, mặt sân, hay các hiệu ứng khí động học cần được tính đến."

Trong loạt bài viết của mình về Pickleball, Hipol đã phát triển các phương trình mô tả chuyển động, vận tốc, lực cản không khí, và thậm chí cả độ mòn cũng như tuổi thọ của quả bóng.

Hipol còn viết một cuốn cẩm nang mang tên Pickleball Science, trong đó giải thích các nguyên lý vật lý của trò chơi này, đồng thời khẳng định rằng để chơi tốt Pickleball, người chơi không chỉ cần có trang phục đẹp và vợt tốt, mà còn phải nắm vững một số kiến thức cơ bản về toán học và vật lý.

Bạn có thể tăng tốc độ giao bóng từ 64 km/h lên tối đa 105 km/h

Mặc dù Pickleball được biết đến là môn thể thao dễ chơi hơn tennis, ít đòi hỏi thể lực hơn và ít căng thẳng hơn, nhưng tốc độ của bóng Pickleball cũng thấp hơn nhiều so với bóng tennis.

Cú giao bóng tennis nhanh nhất đã đạt vận tốc 263,4 km/h (kỷ lục của vận động viên người Australia Sam Groth vào năm 2012), trong khi cú giao bóng Pickleball nhanh nhất chỉ đạt 95,56 km/h (do vận động viên người Mỹ Riley Casey thiết lập vào năm 2024).

Vậy tại sao lại có sự khác biệt lớn như vậy?

Các phương trình của Hipol chỉ ra rằng vấn đề chính khiến tốc độ bóng Pickleball chậm không phải do sự khác biệt về vợt, bóng hay vật liệu, cũng như trọng lượng của chúng, mà là do một yếu tố cơ bản hơn rất nhiều: Luật chơi.

Khác với tennis, nơi bạn có thể giao bóng từ trên cao, luật chơi của Pickleball yêu cầu bóng phải được giao thấp hơn thắt lưng người chơi. Trong hầu hết trường hợp, vị trí này còn thấp hơn chiều cao của lưới.

"Vì vậy, bóng Pickleball phải chống lại trọng lực để đạt đến đỉnh của nó ngay phía trên lưới, sau đó trọng lực sẽ kéo bóng xuống sân trước khi chạm vào đường biên," Hipol viết.

Dựa vào luật chơi này, quả bóng Pickleball sẽ có vận tốc cao hơn khi bay gần đỉnh lưới. Hipol đã áp dụng các công thức để tính toán rằng phần lớn các cú giao bóng Pickleball chỉ đạt vận tốc tối đa 64 km/h khi ở vị trí này, ngay tại đỉnh lưới.

Tuy nhiên, nếu người chơi hiểu về hiện tượng Hiệu ứng Magnus, họ có thể tăng tốc độ giao bóng lên tới 105 km/h. Chính vì vậy, kỷ lục 95,56 km/h của Riley Casey hoàn toàn có thể bị phá vỡ, ngay cả đối với những người chơi nghiệp dư.

Bí quyết nằm ở hiệu ứng Magnus

Hiệu ứng Magnus, được đặt theo tên Heinrich Gustav Magnus, nhà vật lý người Đức, người đã nghiên cứu hiện tượng này từ thế kỷ 19. Magnus nhận ra rằng nếu một vật thể vừa bay vừa quay trong không khí, quỹ đạo và vận tốc của nó có thể thay đổi.

Khi áp dụng vào cú giao bóng Pickleball, Hipol giải thích rằng bằng cách để vợt trượt qua bóng và tạo ra một hiệu ứng xoáy lên trên gọi là "topspin", người chơi có thể làm cho không khí phía trên quả bóng di chuyển nhanh hơn, trong khi không khí phía dưới di chuyển chậm hơn. Điều này tạo ra một lực tác động xuống dưới, giúp bóng rơi nhanh hơn và duy trì được vận tốc cao khi tiếp đất.

Với kỹ thuật này, ngay cả người chơi nghiệp dư với vợt thông thường cũng có thể đạt được cú giao bóng có vận tốc lên tới 105 km/h, với độ xoáy 1.200 vòng/phút của quả bóng.

"Việc thêm một lượng topspin vừa phải vào cú giao bóng có thể làm tăng tốc độ trung bình của cú giao bóng lên khoảng 20%", Hipol chia sẻ. "Những người chơi Pickleball chưa sử dụng topspin nên học kỹ thuật này từ bạn bè, các chuyên gia Pickleball hoặc từ các video hướng dẫn trên mạng."

Những người chơi Pickleball đã hiểu cách sử dụng topspin nên cải thiện kỹ thuật của mình hoặc chọn vợt phù hợp để tăng cường hiệu quả topspin trong các cú đánh. Hơn nữa, tất cả người chơi nên học cách sử dụng topspin để tạo sự đa dạng trong các cú đánh, khiến đối thủ phải liên tục đoán trước các tình huống.

Cú đánh nhanh nhất yêu cầu bạn phản ứng chỉ trong 0,17 giây

Giả sử bạn đã thực hiện cú topspin hoàn hảo và đạt vận tốc bóng 105 km/h, câu hỏi đặt ra là liệu cú đánh này có thể ngay lập tức ghi điểm không? Điều này phụ thuộc vào thời gian bay của bóng, khoảng cách giữa hai người chơi và tốc độ phản ứng tối đa của cơ bắp con người.

Trong cú giao bóng, khoảng cách giữa hai người chơi khi đứng chéo sân là khoảng 12-14 mét. Một cú topspin sẽ đưa bóng tới bạn trong khoảng 0,41-0,48 giây.

Nghiên cứu cho thấy, phản xạ nhanh nhất của con người đối với các tác vụ đơn giản thường dao động từ 0,1 đến 0,2 giây. Đây là con số áp dụng cho những người khỏe mạnh, đặc biệt là vận động viên hoặc người trẻ tuổi được huấn luyện tốt.

Tuy nhiên, khi phản xạ phải xử lý những tác vụ phức tạp, ví dụ như phân biệt nhiều kích thích hay đưa ra quyết định, như theo dõi đường đi của bóng và quyết định đánh bên trái hay bên phải, thời gian phản xạ của chúng ta sẽ chậm hơn, thường kéo dài từ 0,2 đến 0,4 giây.

May mắn thay, đây vẫn là khoảng thời gian đủ để bạn có thể đỡ được một cú topspin hoàn hảo từ đối thủ.

Tuy nhiên, nếu đó không phải là cú giao bóng mà là cú đánh trên lưới, nơi khoảng cách giữa hai người chơi chỉ còn 5 mét, bạn sẽ cần phản ứng trong vòng 0,17 giây. Đây là mức thời gian gần như cực hạn cho khả năng phản ứng có ý thức của con người. Vì vậy, nếu bạn thực hiện được cú topspin trên lưới, gần như chắc chắn bạn sẽ có điểm.

Tiếng "pop" đặc trưng của Pickleball có thể to đến mức nào?

Mọi người chơi Pickleball, khi mới làm quen với môn thể thao này, đều bất ngờ bởi một điều: Độ ồn của nó, cụ thể là âm thanh "pop" đặc trưng phát ra từ vợt khi tiếp xúc mạnh với bóng.

Hipol cho biết tiếng động này có thể đạt đến 120 decibel (dB). Để so sánh, 120 dB tương đương với âm thanh của một chiếc búa đập vào đinh hoặc tiếng còi xe cứu thương đang di chuyển qua.

Vậy làm sao âm thanh có thể lớn đến thế? Hipol giải thích rằng trong trường hợp này, tiếng ồn lớn không phải do quả bóng mà là do vợt. Hầu hết các vợt Pickleball đều có lớp bề mặt cứng, và thời gian tác động rất ngắn—chỉ khoảng 4 mili giây—khiến vợt rung lên như một chiếc trống.

Các nhà sản xuất vợt Pickleball, nhằm giảm trọng lượng và tăng độ đàn hồi, đã thiết kế phần bên trong vợt có hình tổ ong rỗng. Chính độ rỗng này khuếch đại âm thanh, và cấu trúc tổ ong tạo ra hiệu ứng cộng hưởng, đẩy âm thanh lên đến mức 120 dB.

Vì lý do này, ở Mỹ, nhiều người sống gần các sân bóng Pickleball bắt đầu khiếu nại về tiếng ồn của môn thể thao này. Đáp lại, một số nhà sản xuất đã bắt đầu giới thiệu những chiếc vợt "yên tĩnh", Hipol cho biết những chiếc vợt này có thể bao gồm một lớp xốp bên trong để hấp thụ sóng âm thanh.

Còn về việc người chơi có thực sự yêu thích sức mạnh và khả năng kiểm soát của những chiếc vợt yên tĩnh hay không, chúng ta vẫn cần thời gian để thấy rõ kết quả.