Curlingstenens exakta rörelser kartlagda

Nu kan Uppsalaforskare avslöja mekanismen bakom curlingstenens rörelse. I en artikel som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Wear beskriver forskarna, som vanligen studerar nötning och friktion med industriella tillämpningar, stenens rörelser i detalj.

I curling skjuter spelarna iväg sina stenar längs isen så att de långsamt glider in mot boet nästan 30 meter bort. Sporten har fått sitt namn från den krökta bana (eng. ”curled”) stenen tar, när den släpps med en långsam rotation. Den krökta banan utnyttjas för att nå fria ytor i boet, bakom hindrande stenar. Så fort spelaren släpper stenen styrs dess bana bara av friktionen mot isen. Genom att sopa isen kraftigt alldeles framför den glidande stenen kan friktionen sänkas, och banan därmed förlängas något.

Om man ger stenen en rotation medurs svänger den åt höger, medan moturs svänger åt vänster. Stenen är tung, nästan 20 kg, och rotationen är mycket långsam, typiskt 2-3 varv på de cirka 25 sekunder det tar att glida fram till boet. Detta är alldeles för långsamt för att ge upphov till den skruv bollen får i sporter som pingis, tennis och fotboll.

Trots många års funderingar bland utövarna och flera vetenskapliga artiklar har ingen hittills kunnat ge en bra förklaring till varför curlingstenar egentligen svänger. Intressant nog så svänger roterande föremål som glider över andra ytor åt motsatt håll (prova till exempel med ett uppochnedvänt glas över ett halt golv).

Nu har dock mekanismen avslöjats av forskare vid Uppsala universitet. Harald Nyberg, Sara Alfredsson, Sture Hogmark och Staffan Jacobson, som till vardags studerar friktion och nötning inom tekniska och industriella materialsystem, beskriver i sin artikel att grunden till den krökta banan är att stenens mikroskopiska ojämnheter skapar mikroskopiska repor i isen. När stenen glider över isen kommer ojämnheterna i stenens framkant att åstadkomma fina repor i isen. Stenens rotation gör att reporna får en liten vinkel mot glidriktningen. När bakkantens ojämnheter strax därpå glider över samma yta, kommer de att möta reporna från framkanten i en korsande vinkel. Resultatet blir att stenen kommer att styras svagt i repornas riktning. Det är denna ”självgenererande spårstyrning” som ger upphov till curlen.

Det är sedan länge känt bland curlare hur viktigt det är att stenens glidyta är lagom ojämn för att få den förväntade banan, men detta har inte tidigare kopplats ihop med styrmekanismen. Under framtagningen av sin modell gjorde Uppsalaforskarna försök med att i förväg repa isen framför stenen på olika sätt, och kunde då konstatera att det gick att styra även icke roterande stenar. Stenar med en helt slät, polerad glidyta lät sig dock inte styras. De undersökte också de mikroskopiska reporna i isen genom att göra avgjutningar som sedan studerades i mikroskop.

De nya resultaten har publicerats i artikeln "The asymmetrical friction mechanism that puts the curl in the curling stone", Nyberg, H., S. Alfredsson, S. Hogmark, and S. Jacobson, Wear (2013)
http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2013.01.051

Forskarna har även publicerat en granskning av tidigare modeller, och visat varför de inte kan förklara curlingmekanismen: Nyberg, H., S. Hogmark, and S. Jacobson, "Calculated trajectories of curling stones sliding under asymmetrical friction - validation of published models". Tribology Letters, on line DOI 10.1007/s11249-013-0135-9, (April 2013)

Mer om forskargruppen: http://www.angstrom.uu.se/tribomaterials

För mer information, kontakta Staffan Jacobson, mobil: 070-723 52 90, staffan.jacobson@angstrom.uu.se