Varren merkitys lyönnissä

Titleist Callaway Srixon Cleveland Clicgear TaylorMade

VARREN MERKITYS LYÖNNISSÄ

Golfmailan varsi on ehkä vaikeaselkoisin asia golfmailasta puhuttaessa. Mitä enemmän asiaan perehtyy, sitä epäselvemmäksi asia muuttuu. Tietyt asiat selittyy fysiikan lakien avulla, mutta osansa on myös inhimillisillä tekijöillä, koska ihminen on se joka varresta pitää kiinni ja swingaa. Se myös lopulta suurimmilta osiltaan määrittelee minkälainen osumasta ja lyönnistä tulee, ei varsi tai lapa.
Varsia markkinoidaan ja myydään sen erilaisten ominaisuuksien mukaan; pituus, paino, painopiste, kiertojäykkyys, kokonaisjäykkyys, tip/butt-jäykkyys, low/high spin, low/high launch…
Todellisuudessa ilmeisesti vain varren pituus, paino, painopiste ja kiertojäykkyys ovat selviä, kaikki muut eivät niinkään. Kokonaisjäykkyyttä ilmoittava L,A,R,S,X-järjestelmä on vain suuntaa antava kuten jatkossa huomataan, samoin tip/butt-jäykkyydet ilmoitetaan useimmiten vain varren suhteellisina jäykkyyksinä varren eri osien välillä.
Kaikista epämääräisimpiä ovat varrelle määritellyt low/high spin ja launch –ominaisuudet, koska niille ei löydy fysiikan lakeihin perustuvaa selitystä. Jos ajatellaan kierteitä (spin), niin ne syntyvät vain ja ainoastaan lyöntipinnan (face angle) kulmasta suhteessa lyöntipinnan tulokulmaan (attack angle/club path) osumassa palloon, eli silloin kun lyöntipinta on kohtisuorassa (pysty/vaaka) tulokulmaan nähden, ei kierrettä periaatteessa synny. Mailan lavan loft-kulma aiheuttaa osumassa aina tietyn alakierteen palloon, koska lyöntipinnan tulokulma palloon on aina käytännössä pienempi kuin loft-kulma lavassa. Lisäksi puumailoissa joissa lavan painopiste on lyöntipinnasta taaksepäin, kierrettä aiheuttaa ns. gear-ilmiö, aina silloin kun osuma palloon ei tapahdu lyöntipinnan painopisteeseen (usein sweet spot). Painopisteestä sivuun tai ylös/alas tapahtuva osuma pyrkii pyöräyttämään lapaa painopisteensä ympäri. Siitä seuraa kierrettä palloon sen litistyessään ja pyörähtäessä vastakkaiseen suuntaan lyöntipintaa vasten.
Jos taas ajatellaan pallon lähtökulmaa (launch angle) oletuksella että lavan tulokulma (club path) osumaan on suora, niin siihen vaikuttaa mailan lavan lyöntipinnan pystykulma osumahetkellä (dynamic loft) ja lyöntipinnan tulokulma (attack angle) palloon osumassa. Toki käytännössä lähtökulmaan vaikuttaa jonkin verran myös lavan tulokulma (club path) ja lyöntipinnan asento vaakasuorassa. Usein lähtökulma (launch angle) ja pallon lentorata (ball trajectory) sekoitetaan englannin kielisissä termeissä, ball tarjectory viittaa koko pallon lentorataan lyönnissä ja siihen vaikuttaa myös kierteet ja pallon nopeus.
Joten, mitä tekemistä varrella on kierteiden (spin) ja lähtökulman (launch angle) kanssa? Se jo tiedetään fysiikan/matematiikan kautta, että varrella ei ole suoranaista vaikutusta osumahetkellä käytännössä gear-ilmiöstä syntyviin kierteisiin, johtuen osumahetken lyhyestä kestosta (alle 5 ms) ja mailan MOI:sta. Lisäksi tiedetään tehtyjen tutkimusten perusteella, että varsi ei vaikuta sen millään ominaisuuksillaan kovinkaan paljon mailanpään nopeuteen, eikä vaikuta merkittävästi myöskään lavan/lyöntipinnan asentoon sen suhteessa palloon enää osuman aikana.
Siten ainoa tarkasteltavaksi jäävä asia on se, onko varren jollakin omaisuudella sellainen vaikutus, että se muuttaa tai pyrkii muuttamaan lyöntipinnan tulokulmaa tai sen asentoa johonkin suuntaan back swingin aikana osumaan tultaessa. Seuraavassa aiheeseen liittyvää pohdintaa, osa on fysiikan/matematiikan kautta käsiteltyä ja osa erilaisiin tutkimuksiin perustuvaa tietoa. Jokainen voi itse luoda oman käsityksensä ja uskomuksensa siitä miten asiat todellisuudessa ovat tai eivät ole.

 

1. VARREN TAIPUMINEN DOWNSWINGISSÄ

Määritelmä:
”Downswingin alussa varsi taipuu taaksepäin johtuen mailan lavan hitausmomentista
pelaajan varteen sen grippipäässä tuottaman vääntömomentin tuloksena. Kun downswing etenee, varsi oikenee asteittain ja taipuu eteenpäin juuri ennen osumaa ja on taipuneena koko asuman aikana” (Penner, 2003).
Varsi on tietyssä vaiheessa downswingiä taipuneena yhtä aikaa sekä eteen- että taaksepäin, kuten kuvasta a) nähdään.

 

2. VARREN MERKITYS OSUMASSA PALLOON 

Onko varsi osumassa pelkkä ”naru”?
Kiinnitetään varsi grippipäästään ruuvipenkiin ja laitetaan sen tip-päähän roikkumaan ½ kg paino. Huomataan, että jäykinkin varsi taipuu vähintään 10 mm, eli silloin varsi taipuu noin 20 mm / 1 kg.
Kun tiedetään, että osumassa varsi voi tuottaa palloon 1000 kg voiman 5 ms aikana, niin paljonko varren pitäisi taipua tuottaakseen sellaisen voiman, jolla olisi merkittävä vaikutus palloon lentoon? Oletetaan, että jos tämä tarvittavan voiman muutos on 1%  jolloin se on jo juuri ja juuri havaittava ja mitattavissa, eli tässä tapauksessa 1% 1000 kilosta olisi 10 kg.
Kuinka paljon  varren tulisi taipua tuottaakseen tuon edes 1% muutoksen eli 10 kg voiman lapaan? Jos siis 1 kg taivuttaa vartta 20 mm, niin 10 kg voiman tuottaakseen varten varren pitäisi taipua 200 mm. Tarkoittaa sitä, että varren tulisi taipua vähintään 200 mm osuman aikana tuottaakseen merkittävän vaikutuksen pallon lentoon. Eli käytännössä varrella ei juurikaan ole vaikutusta pallon lentoon.
Tämän tutkielman päätelmä : Varsi ei tuota riittävästi hyödyllistä voimaa lapaan osumassa. Kun mailan lapa on lähetty kiihtymään kohti palloa (downswing) lyöjän omalla voimalla, ei varrella enää osumahetkessä ole sen enempää vaikutusta kuin jos se olisi naru.

 

3. VARREN KIERTOJÄYKKYYDEN VAIKUTUS LAVAN KIERTYMISEEN OSUMASSA

Varren kiertojäykkyydellä yleensä tarkoitetaan sitä, kuinka paljon varsi kiertyy asteissa pituussuuntaisen akselinsa ympäri tietyllä vääntömomentilla. Mitä pienempi asteluku, sitä kiertojäykempi varsi. Lyönnissä lavan osuma palloon aiheuttaa aina jonkin suuruisen vääntömomentin varteen, vaikka lavan hitausmomentti (MOI) vähentääkin varren kiertymistä akselinsa ympäri merkittävästi.
Mikä on varren kiertojäykkyyden vaikutus vaakasuoraan gear-efektiin? Asiaa voidaan lähestyä esimerkiksi seuraavasti:
  • Selvitetään paljonko osumassa pallo aiheuttaa lapaan vääntömomenttia
  • Selvitetään paljonko lapa kiertyy kohdan 1. vääntömomentilla
  • Selvitetään paljonko kohdan 2. lavan kiertymä aiheuttaa varressa vääntömomenttia
  • Päätellään onko varteen syntyvä vääntömomentti suhteessa kohdassa 1. selvitettyyn pallon aiheuttamaan vääntömomenttiin merkittävä. Jos näin ei ole, ei varren kiertojäykkyys ei pysty rajoittamaan osuman synnyttämää lavan kiertymistä (gear-ilmiötä).
Osuman aiheuttama vääntömomentti varteen on suurempi jos lavan MOI on pieni. Tässä esimerkissä käytetään 4000 g-cm2 MOI:sta (pienemmästä päästä) draiverin lapaa ja erittäin kiertojäykkää (2 astetta) vartta. Tuloksena analyysista saadaan, että osumassa pallon aiheuttama vääntömomentti lapaan on yli 80 kertaa suurempi kuin osuman seurauksena syntyvä vääntömomentti varteen.
Tämän tutkielman päätelmä: Varren kiertojäykkyydellä ei näyttäisi olevan merkitystä vaaksuoraan gear-efektiin eikä siten merkittävästi vaikuta gear-ilmiöstä johtuvaan sivukierteen määrään. Syynä on se, että lavan hitausmomentin osuus lavan kiertymisen vastustamisesta on 99 % ja varren vain 1 %. Pieni vaikutus varren kiertojäykkyydellä gear-efektiin saattaa olla puumailoilla, joiden lavan MOI on erityisen pieni, kuten hybridit. Kiertojäykkyydellä on jonkin verran vaikutusta siihen miten ”kovalta” tai ”pehmeältä” varsi tuntuu osumassa palloon ja lähtökohtana kiertojäykkyyden valinnalle olisi ensisijaisesti pelaajan oma mieltymys.
Yleisesti ottaen kiertojäykkyyspohdinta koskee lähinnä grafiittivarsia, johtuen niiden valmistusmenetelmästä, joka mahdollistaa suuremman kiertojäykkyyden vaihteluvälin, kun taas teräsvarsien kiertojäykkyysvaihteluväli on paljon pienempi johtuen teräksen ominaisuuksista.

4. VARREN TIP-JÄYKKYYDEN VAIKUTUS LAVAN KIERTYMISEEN OSUMASSA

Mikä on varren tip-jäykkyyden vaikutus pystysuuntaiseen gear-efektiin ja sitä kautta syntyvän alakierteen määrään? Asiasta ei olla täysin yksimielisiä, tässä alan asiantuntijoiden kommentteja aiheesta:
Tom Wishon: ”Pystysuuntaisen gear-efektin vaikutus alakierteeseen on vain 300-500 rpm..”
Dana Upshaw: ”Ero pallon osumissa lavan alaosaan tai yläosaan (ero max 5 cm) ja siitä syntyvän pystysuuntaisen gear-efektin vaikutuksesta syntyvän kierteen määrän ero on jopa 3300 rpm (alle 240 km/h pallon nopeuksilla)..”
Edellä mainituissa arvioissa esiintyy suuri ero ja ymmärtääkseni molemmat ovat ainakin matemaattisesti mahdollisia.
Samaa asiaa voi lähestyä myös alla esitellyllä tavalla ja päätyä yhdenlaiseen johtopäätökseen edellä esitettyjen arvioiden lisäksi, arvioitaessa varren tip-jäykkyyden vaikutusta lavan pystysuuntaiseen pyörähtämiseen osumassa:
  1. Selvitetään lavan pystysuuntaisen tason vääntömomentin suuruus jonka pallo aiheuttaa lapaan osumassa. (Pallon nopeus 240 km/h ja osuma 20 mm lavan painopisteen yläpuolella).
  2. Selvitetään lavan pystysuuntaisen pyörähtämisen määrä painopisteensä ympäri osumassa kohdan 1. antamalla vääntömomentilla, olettaen että varren vastus sitä vastaan = 0.
  3. Selvitetään varren tipin pyörähtäminen (kiertyminen) akselinsa ympäri kohdan 1. antamalla vääntömomentilla, olettaen että lavan vastus (hitausmomentti) sitä vastaan = 0
  4. Verrataan kohdan 2. antaman lavan pyörähtämisen määrää suhteessa kohdan 3. antaman varren tipin kiertymisen määrään. Jos varren tipin kiertymisen määrä on suuri suhteessa lavan pyörähtämisen määrään, niin silloin varren jäykkyys ei rajoita pystysuuntaista gear-efektiä, koska lavan oma MOI on määräävä tekijä lavan pyörähtämisen vastustamisessa.
Kohta 3 edellä on erityisen haastava, koska osuma tuottaa varren tip-päähän kaksi vastakkaista voimaa. Jos kuvitellaan osuma joka tapahtuu lavan yläosaan, niin syntyy yhdistelmävoima:
  • voima joka kohdistuu kohtisuoraan lyöntipintaan ja pyrkii taivuttamaan lapaa taaksepäin
  • vääntömomentti joka pyrkii kääntämään lyöntipintaa ylöspäin ja taivuttamaan vastaavasti vartta eteenpäin (kuva 1.)

Kuva 1                                                Kuva 2                                       Kuva 3

Centilever beam (kuva 2.) – analyysin avulla voidaan kuitenkin tarkastella varren käyttäytymistä kahden yhtä aikaa siihen vaikuttavan voiman, pistekuorman ja kiertomomentin, aikana.
Kuvassa 3. on pysäytyskuva videosta, josta näkyy että osumassa varressa syntyy impulssiaalto, joka alkaa läheltä lapaa ja etenee kohti varren toista päätä. On mitattu, että tässä lyönnissä aallon nopeus on noin 4,8 cm/ms. Toisin sanoen, koska osuma kestää niin lyhyen (5 ms) ajan, niin siinä ajassa aalto ei ehdi edetä kuin reilut 20 cm varren tip-päästä kohti grippipäätä. Siten vain 20 cm alkupäästä (tip) on se varren osuus, joka on vaikutuksen alaisena itse osumassa ja siten käytännössä vain se osa varresta voi vaikuttaa lavan pyörähtämiseen osuman aikana.
Analyysissä on käytetty varsia joiden tip-jäykkyydet, joita tarvitaan laskennoissa, on mitattu EI-menetelmällä. Toinen on erittäin tip-jäykkä varsi ja toinen erittäin tip-löysä naisten varsi. Monimutkaisten laskutoimitusten jälkeen on saatu loppupäätelmä.
Kun aika on kulunut osuman alkusta (0 ms) sen lopuun (5 ms) niin impulssiaalto on edennyt kärjestä noin 24 cm ylöspäin ja silloin lavan pyörähtäminen ja varren tip-pään kiertyminen ovat maksimissaan.
Sillä hetkellä (5 ms) laskenallinen lavan pyörähtäminen ilman varren vastusta on noin 3 astetta ja varren kiertyminen ilman lavan hitausmomentin vaikutusta on noin 18 astetta erittäin jäykällä varrella ja noin 50 astetta erittäin löysällä naisten varrella. Toisin sanoen lavan MOI:n osuus vääntömonentin absortiosta jäykällä varrella on 84% ja varren 16% jä löysällä varrella 94%/6%.
Tämän tutkielman päätelmä: Varren tip-jäykkyydellä ei ole kovin paljon vaikutusta siihen, miten paljon lapa pyörähtää osumassa painopisteensä ympäri, koska lavan oman hitausmomentin vaikutus on niin suuri. Tämä johtaa myös siihen, että varren tip-jäykkyydellä ei juurikaan ole vaikutusta gear-ilmiöstä johtuvaan alakierteen määrään.

5. VARREN JÄYKKYYDEN VAIKUTUS MAILAN GRIPIN JA LAVAN KINEMATIIKKAAN

Referoitu tutkimus:
”The influence of golf shaft stiffness on grip and clubhead kinematics”
Sasho J. MacKenzie and Daniel E. Boucher Department of Human Kinetics, St. Francis Xavier University, Antigonish, Nova Scotia, Canada 2016.
Tutkimuksessa oli mukana oli 33 golfin pelaajaa HCP 12,1 (+- 7.4), jossa jokainen löi draiverilla 28 lyöntiä samalla draiverilla kahdella samanlaisella eri varrella ; Pingin PWR 65 Regular (R-Flex) ja PWR 65 Tour X-Stiff (X-Flex). Varret oli mitattu asianmukaisesti vastaamaan esitettyjä jäykkyyksiä, MOI ja balance point oli yhdenmukaistettu.  Tarkoituksena oli tutkia varren jäykyyden vaikutusta lyöntiin. Mailaan oli kiinnitetty useita markkereita (sensoreita) eri kohdissa mailaa, joilla mitattiin lavan asentoa ja taipumista (kuva 4).

Kuva 4                                                     Kuva 5

Kuvassa 5. nähdään miten lavan loft-kulma muuttuu osumassa. ”Bend loft” on kulma, joka syntyy varren taipumisesta eteenpäin osumahetkellä.
Tulokset:

A                                  B                         C                           D                           E                         F

Kick velocity = Nopeuden lisäys, jonka joustava varsi tuottaa verrattuna täysin jäykkään joustamattomaan varteen siitä syystä että downswingissä varsi palautuu jättämäasennosta (lag) eteenpäin (lead) asentoon. Jäykemmällä varrella on selvästi pienempi Kick velocity. Mutta vaikka näin on, sillä ei ole juurikaan vaikutusta mailanpään nopeuteen (kuva B) koska jäykemmällä varrella lyötynä varren grippipään kulmakiihtyvyys (Grip Ang Vel) on taas selkeästi suurempi, eli nämä kumoavat toisena lähes kokonaan. Miksi grippipään kulmakiihtyvyys on pienempi löysemmällä varrella, sitä ei täysin varmasti osata sanoa, mutta voi olla että se johtuu siitä, että lyöjien swingi muuttuu kun varren jäykkyys muuttuu (jokin adaptoiva/kompensoiva muutos swingissä).
Grip Ang Vel = varren gripin kulmanopeus downswingissä ja se on selvästi suurempi jäykällä varrella.
Lyöntipinnan taipuminen ylöspäin (bend loft) johtuen varren taipumisesta osumassa, oli noin 2 astetta suurempi löysemmällä varrella kuin jäykällä, mutta dynaaminen loft (Delivered loft) osumassa oli vain 0,4 astetta pienempi jäykällä varrella. Tämä voi johtua siitä, että lyöjillä on taipumus de-loftata mailaa enemmän löysemmällä varrella lyötynä.
Tuloksista nähdään myös se, että osumassa lapa on enemmän taipuneena eteenpäin (Lead) löysemmällä varrella kuin jäykällä, samoin lavan kärki on enemmän taipuneena alaspäin (Toe-down). Lead-asento sulkee lapaa ja Toe-down asento avaa sitä. Lie-kulma muuttuu myös toki enemmän löysällä varrella. Kummallakin varrella lyötynä lyöntipinta sulkeutuu osumassa, mutta ehkä yllättäen enemmän jäykemmällä varrella, joka voi selittyä sillä, että Toe-down pyrkii avaamaan lapaa ja se on suurempi löysällä varrella.
Tuloksista voi vetää sellaiset johtopäätökset, että varren jäykkyydellä ei ole suurtakaan merkitystä Dynamic-loftiin tai että jäykempi varsi sulkisi lapaa enemmän osumassa kuin löysä. Mutta mukana on inhimilliset tekijät ja sitä kautta ihmisen taipumus esimerkiksi pitää kiinni mailasta ja/tai swingata eri tavalla eri jäykkyisellä ja/tai painoisella varella varustetulla mailalla. Tästä on osoituksena tässä tutkimuksessa se, että täysin  poikkeavia yksittäisiä tuloksia saatiin myös. Jotain hyötyä tästä voi saada draiverin fittaukseen, esimerkiksi tilanne, jossa haetaan pienempää back-spinniä pienemmän loftin kautta. Jos pelaaja lyödessään jäykemmällä varrella tuottaa enemmän dynamic-loftia kuin löysällä, osoittaa se sen, että jäykemmällä varrella lyödessään hän swingaa eri tavalla tai muuten ote mailasta on erilainen, tuottaen lapaan osumahetkellä asennon, jossa lyöntipinta on enemmän ylöspäin. Tällöin parempi tapa hakea pienempää loftia voisi olla käyttää lapaa, jossa on pienempi loft ja käyttää löysempää vartta.

6. HIGH KICK- vs LOW KICK – VARSI

Referoitu tutkimus:

”A dynamic evaluation of how kick point location influences swing parameters and related launch conditions Christopher Joyce, Angus Burnett, Alvaro Reyes, Stephen Herbert”

Tässä tutkimuksessa tutkittiin varren kick-point paikan vaikutusta lyöntiin. Mukana oli 20 edistyneempää golfin pelaajaa (handicap = 1.9 ± 1.9 score), jossa jokainen löi 5 lyöntiä kahdella draiverilla, jossa toisessa oli 56 g stiff low kick –varsi ja toisessa 78 g stiff high -kick varsi. Alla olevassa taulukossa (Table 1.) näkyy mailojen speksit.

Tulokset:

Mielenkiintoista tuloksissa on se, että Attack angle on pienempi high kick- varrella ja myös se ,että alakierteen määrä on suurempi high kick -varrella. Nämä kaksi asiaa voi hyvinkin liittyä toisiinsa, mutta sitä ei tässä tutkimuksessa pystytty toteamaan varmasti. Samoin ehkä yllättävää on se, että tulokset näyttävät sen, että downswingin lopussa ennen osumaa high –kick varsi taipuu enemmän, joten oletettavasti se aiheuttaa myös suuremman taaksepäin taipumisen (lag) joka taas voi olla syynä pienempään Attack angle –arvoon.

7. YHTEENVETO

Koska eteen ei ole vielä tullut yhtään tutkimusta, jossa olisi riittävästi muuttujia ollut mukana yhdessä ja samassa tutkimuksessa, niin olen tehnyt yhteenvedon useasta eri tutkimuksesta. Niiden tuloksista olen sitten tehnyt matriisin varren eri ominaisuuksien vaikutuksista swingiin, pallon lentorataan sekä osumaan/lavan asentoon osumassa. Tässä pitää muistaa, että vaikka varsi ei itsessään vaikuta juurikaan kierteisiin ja/tai nousukulmaan, niin silti niissä muuttujissa on eroja varsien välillä ihmiskokeissa. Syynä on mitä ilmeisimmin ihmisen taipumus swingata hiukan eri tavalla erilaisilla ominaisuuksilla varustetuilla varsilla. Kuten aikaisemmin jo todettu, paras varsi pelaajalle on se varsi, mikä tuntuu parhaimmalta lyödessä ja tuottaa optimaalisen osuman palloon.
Referoidut tutkimukset:

Nils Florian Betzler
”The Effect of Differing Shaft Dynamics on the Biomechanics of the Golf Swing”

Christopher Joyce & Angus Burnett
”A dynamic evaluation of how kick point location influences swing parameters
and related launch conditions”

Christopher Joyce, Angus Burnett and Stephen Herbert
”THE EFFECTS OF THE DEFLECTION POINT AND SHAFT MASS ON SWING
AND LAUNCH PARAMETERS IN THE GOLF SWING”

Sasho J. MacKenzie and Daniel E. Boucher
”The influence of golf shaft stiffness on grip and clubhead kinematics”

Darren J Stefanyshyn
”The influence of golf club shaft stiffness on clubhead kinematics
at ball impact”