Quần chơi trên sân đất nện đỏ tại Roland Garros ở giải Pháp Mở rộng dường như là một môn thể thao khác biệt hoàn toàn so với quần vợt trên sân cỏ tại Trung tâm Wimbledon. Diễn biến, dòng chảy và diện mạo của trận đấu hoàn toàn khác nhau. Và có một lý do xác đáng: sự nảy của quả bóng trên mỗi bề mặt là hoàn toàn khác nhau, và chính sự nảy này quyết định cục diện trận đấu.

Cú nảy kéo dài 5 miligiây đó chi phối mọi thứ, bao gồm việc lựa chọn cú đánh, chiến thuật, chiến lược, cơ học bộ chân, cách cầm vợt và quá trình tập luyện. Trong chớp mắt, tốc độ, độ xoáy, hướng, chiều cao và góc của quả bóng bị thay đổi. Và những yếu tố này ngược lại chi phối loại cú đánh và chiến lược mà người chơi áp dụng khi họ học môn thể thao này.

Mặc dù quả bóng chỉ tiếp xúc với mặt sân trong một khoảnh khắc ngắn ngủi, nó có đủ thời gian để trải qua một số hoặc tất cả các giai đoạn sau: giảm tốc, xoáy, trượt, bám (biting), giãn và nén.

Những sự kiện này tương tác để tạo ra một chuỗi diễn biến gây kinh ngạc cho tâm trí, nếu không muốn nói là kinh ngạc cho chính quả bóng, mà chúng ta sẽ cùng khám phá. Bạn sẽ không bao giờ nhìn vào hệ thống “HawkEye” hay “Shot Spot” tái hiện cú nảy trên truyền hình theo cách cũ nữa. Những dấu vết trượt do máy tính tạo ra trông có vẻ vô tội đó thực chất là bằng chứng pháp y của một chuỗi sự kiện đáng kinh ngạc mà cho đến nay, bạn chỉ đơn giản nghĩ là bóng “trong” hay “ngoài” sân.

Trước khi thảo luận về cú nảy trên sân, chúng ta cần giải thích cách ma sát hoạt động trên các vật thể hàng ngày. Sau đó, chúng ta sẽ có vị thế tốt hơn để giải thích cách ma sát có thể tác động theo nhiều cách khác nhau nhằm làm chậm quả bóng đang nảy và thay đổi độ xoáy của nó. Đó là nơi mọi hành động diễn ra. Đây là phần quan trọng nhất, nhưng cũng là phần phức tạp nhất và là phần dẫn đến nhiều tranh luận cũng như quan niệm sai lầm nhất liên quan đến vai trò của dây, cú đánh và mặt sân trong việc tạo ra độ xoáy của bóng và gây ra cú “kick” khi bóng nảy.

Ma sát đóng vai trò chi phối trong mọi việc chúng ta làm đến mức chúng ta thường coi đó là điều hiển nhiên. Chúng ta chỉ nhận ra nó khi nó không còn ở đó. Nó giống như một chấn thương. Chúng ta thường chỉ đặc biệt chú ý đến cánh tay, ngón tay và đôi chân của mình khi chúng ta làm chúng bị thương. Ma sát cho phép chúng ta đi và chạy trên sân quần vợt mà không bị trượt ngã khắp nơi; nó cho phép chúng ta cầm và vung vợt mà không bị tuột khỏi tay; nó giữ cho tất cả các dây trong vợt ở đúng vị trí; nó ngăn dây giày tự tuột ra và rơi ra khỏi giày; nó ngăn lưới bị đổ; nó giữ ốc vít và bu lông ở đúng chỗ; nó cho phép chúng ta cầm bút giữa các ngón tay, và còn nhiều nữa.

Có ba tình huống khác nhau xảy ra ma sát, được gọi là ma sát trượt (sliding friction), ma sát lăn (rolling friction) và ma sát nghỉ (static friction). Bạn thấy chúng hoạt động hàng ngày và bạn thấy chúng mọi lúc trên sân quần vợt.

Ma sát trượt (Sliding friction): 

Ma sát trượt xảy ra khi một bề mặt đang trượt trên một bề mặt khác. Ma sát trượt có tác dụng làm chậm quả bóng khi nó đang trượt trên mặt sân hoặc trên dây vợt. Nó cũng làm chậm một người chơi trượt chân vào một cú đánh trên bề mặt trơn trượt có phủ cát. Ma sát trượt tác động theo hướng ngược lại với chuyển động trượt và luôn làm chậm chuyển động đó. Như chúng ta sẽ thấy, ma sát trượt là lực ma sát quan trọng nhất trong cú nảy của quả bóng, và các yếu tố ảnh hưởng đến nó là tốc độ, góc tới của quả bóng cùng độ cứng hoặc độ nhám của mặt sân (hoặc dây vợt). Ma sát trượt thực hiện tất cả các công việc trên quả bóng quần vợt mà chúng ta quan tâm — thay đổi tốc độ và độ xoáy của nó.

Ma sát lăn (Rolling friction): 

Ma sát lăn là một lực yếu hơn nhiều và tác động khi quả bóng đang lăn trên sân. Ma sát lăn khác biệt vì các bề mặt tiếp xúc không thực sự trượt qua nhau. Bạn có thể lăn một quả bóng dễ dàng từ đầu sân này sang đầu sân kia mà nó không bị chậm đi nhiều. Nhưng bạn không thể dễ dàng trượt một chiếc giày hoặc một cây vợt từ đầu sân này sang đầu sân kia vì ma sát trượt sẽ nhanh chóng làm chúng dừng lại. Mặc dù bóng lăn rất phổ biến trên sân quần vợt, ma sát lăn không biểu hiện rõ trong cú nảy của quả bóng quần vợt. Thay vào đó, trạng thái lăn được coi nhiều hơn như một điểm chuyển tiếp giữa các giai đoạn trượt và bám của quả bóng trong quá trình nảy. Lý do là: Khi một quả bóng lăn, tất cả các điểm trên chu vi đều chuyển động cùng một tốc độ, và quả bóng đi được một quãng đường bằng chu vi với mỗi vòng quay của bóng. Chu vi bóng là khoảng 8 inch, vì vậy nếu bóng lăn với tốc độ 10 vòng/giây, nó sẽ đi được 80 inch mỗi giây, tương đương khoảng 4.6 mph. Nhưng khi nó xoay, đỉnh của quả bóng đang xoay với tốc độ 4.6 mph về phía bên phải theo hướng chuyển động, và đáy của quả bóng đang xoay với tốc độ 4.6 mph ngược với hướng của quả bóng. Do đó, đáy của quả bóng thực sự đứng yên.

Ma sát nghỉ (Static friction): 

Ma sát nghỉ tác động lên một vật thể khi vật thể đó đứng yên trên một bề mặt. Ví dụ, trong khi bạn đang đi bộ, một bàn chân đứng yên trên mặt đất trong khi bàn chân kia di chuyển trong không trung. Lực ma sát ngang lên bàn chân trên mặt đất là do ma sát nghỉ. Khi bạn muốn bước tới, bạn đẩy ngược mặt đất bằng bàn chân sau, và lực ma sát từ mặt đất đẩy bạn về phía trước. Nếu bạn muốn chậm lại, bạn đẩy tới mặt đất bằng bàn chân trước, và mặt đất đẩy ngược bạn lại. Nếu bề mặt giày và mặt đất không quá trơn, bàn chân bạn sẽ bám chặt lấy mặt đất trong khi nó đứng yên trên đó, cho phép bạn đẩy về phía trước, phía sau hoặc sang ngang mà không bị trượt. Nếu bạn đẩy đủ mạnh theo hướng ngang, bàn chân bạn cuối cùng sẽ bắt đầu trượt vì ma sát nghỉ chỉ có thể tạo ra một lượng lực nhất định, sau đó bàn chân bạn sẽ mất độ bám. Đi bộ trên băng hoặc vỏ chuối khó khăn hơn vì đó là những bề mặt trơn trượt và lực ma sát nghỉ tương đối yếu. Ma sát nghỉ cho phép giày hoặc quả bóng bám (grip) hoặc “cắn” (bite) vào bề mặt như thể giày hoặc bóng được dán xuống bằng băng dính. Sự khác biệt là “độ dính” của “băng dính” này phụ thuộc vào độ nhẵn hay nhám của các bề mặt và độ mạnh khi hai bề mặt được ép vào nhau. Lực bám giữa quả bóng và dây vợt hoặc mặt sân chính xác là loại lực ma sát tác động giữa tay bạn và cán vợt. Sự khác biệt duy nhất là bạn bám cả hai bên cán vợt trong khi quả bóng chỉ bám một bên. Trong cả hai trường hợp, ma sát nghỉ có tác dụng ngăn các bề mặt tiếp xúc trượt qua nhau, với điều kiện các bề mặt được ép chặt vào nhau. Như chúng ta sẽ thấy, ma sát nghỉ đóng một vai trò trong cú nảy của quả bóng, nhưng ma sát trượt đóng vai trò quan trọng hơn nhiều trong việc thay đổi tốc độ và độ xoáy của bóng.

Cú nảy của quả bóng phụ thuộc vào hai lực: lực đẩy quả bóng theo phương thẳng đứng lên khỏi bề mặt (lực phản hồi mặt đất – “ground reaction” force) và lực đẩy ngược lại chuyển động tiến của quả bóng tại bề mặt sân (ma sát). Tác động và hiệu ứng của hai lực này phụ thuộc vào sự kết hợp của các yếu tố:

(1) góc tới của quả bóng xuống mặt sân,

(2) tốc độ (cả theo phương thẳng đứng và phương ngang đối với bề mặt) và độ xoáy của bóng tới,

(3) độ cứng hoặc độ mềm tương đối của bề mặt sân, và

(4) độ nhẵn hoặc độ nhám của mặt sân. 

Những yếu tố này quyết định góc nảy, tốc độ nảy và độ xoáy của bóng sau khi nảy khỏi mặt sân (hoặc dây vợt). Chúng ta sẽ gọi đây là bốn “yếu tố của cú nảy”. Tình trạng của quả bóng cũng sẽ ảnh hưởng đến cú nảy của nó, nhưng chúng ta sẽ giả định rằng chúng ta đang nói về những quả bóng mới trong tình trạng tốt, không phải những quả bóng cũ đã bị xì hơi hoặc mất nhiều lớp nỉ.

Một điều mà tất cả chúng ta đều nhớ từ trường học là khi một vật thể nảy khỏi một vật thể cố định và bất động khác, góc tới bằng góc phản xạ (xem Hình 3.2). Phát biểu đó chỉ đúng trong hai tình huống lý tưởng: (1) khi không có sự mất năng lượng và không có ma sát, hoặc (2) khi tốc độ theo phương thẳng đứng và phương ngang của quả bóng giảm theo cùng một tỷ lệ. Ví dụ, nếu tốc độ ngang và đứng đều giảm 20%, hoặc nếu cả hai đều giảm 30%, thì góc phản xạ sẽ chính xác bằng góc tới. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp quả bóng quần vợt nảy khỏi mặt sân, tốc độ đứng giảm khoảng 25% và tốc độ ngang giảm khoảng 30 đến 40%. Sau cú nảy, quả bóng bay lên theo phương thẳng đứng với tốc độ tương đối nhanh so với tốc độ ngang đã bị giảm đi của nó, vì vậy nó nảy ở một góc dốc hơn góc tới. Góc tới bằng góc phản xạ khi ánh sáng phản chiếu qua gương, nhưng không phải đối với bóng quần vợt nảy trên sân. Quy tắc nảy trong quần vợt là góc phản xạ hầu như luôn lớn hơn góc tới. Ngoại lệ duy nhất là khi quả bóng tới đáp xuống với rất nhiều xoáy tới (topspin), điều mà chúng ta sẽ xem xét sau.

Góc nảy phụ thuộc vào góc của quả bóng tới, và nó cũng phụ thuộc vào những gì xảy ra với quả bóng theo phương ngang và phương đứng trong cú nảy. Nếu bóng tới ở góc nhỏ, nó cũng sẽ nảy khỏi sân ở góc nhỏ. Nếu bóng tới tiếp cận mặt sân ở góc dốc, bóng sẽ nảy lên ở góc dốc. Khi quả bóng được đánh với xoáy tới, nó có xu hướng lao xuống mặt sân ở góc dốc hơn. Do đó, nó sẽ có xu hướng nảy lên ở góc dốc. Những điều này xảy ra vì khi quả bóng chạm mặt sân, một lực thẳng đứng đẩy quả bóng lên và một lực ngang tác động làm chậm quả bóng và thay đổi độ xoáy của nó.

Hình 3.2: Nếu góc tới là 20 độ, góc phản xạ thường sẽ lớn hơn 20 độ.

Một quả bóng mất khoảng 25% tốc độ khi di chuyển trong không khí. Ví dụ, một quả bóng giao với tốc độ 100 mph sẽ chạm mặt sân ở tốc độ khoảng 75 mph. Cú nảy làm chậm quả bóng khoảng một phần ba tốc độ của nó, vì vậy nó di chuyển ở tốc độ khoảng 50 mph sau cú nảy. Tùy thuộc vào loại mặt sân và góc tới, quả bóng có thể nảy thấp hoặc nảy cao, và nó có thể chậm đi một chút hoặc chậm đi rất nhiều. Rất hiếm khi quả bóng tăng tốc sau khi nảy, như thỉnh thoảng thấy trong một cú lốp bóng xoáy tới (topspin lob).

“Hình 3.3 minh họa một tình huống thực tế khi quả bóng đang lao xuống mặt sân ở một góc 20 độ với tốc độ 100 feet/giây (tương đương 68.2 mph). Nếu mặt trời ở ngay trên đỉnh đầu, bóng của quả bóng trên mặt sân sẽ di chuyển theo phương ngang với tốc độ 94 feet/giây. Do đó, tốc độ ngang của quả bóng chính là 94 feet/giây. Nếu mặt sân dài 94 feet và nếu không có lực cản của không khí làm chậm quả bóng lại, thì quả bóng sẽ mất đúng 1.0 giây để đi từ đầu sân này sang đầu sân kia. Tương tự, nếu mặt trời nằm ở đường chân trời, bóng của quả bóng chiếu lên hàng rào phía sau sân sẽ di chuyển theo phương thẳng đứng với tốc độ 34 feet/giây. Với tốc độ đó, quả bóng chỉ mất 0.1 giây để rơi từ độ cao 3.4 feet xuống mặt sân.”

Hình 3.3: Các thành phần tốc độ theo phương đứng và phương ngang của một quả bóng đang nảy trước và sau cú chạm sân. Trong một cú nảy trên sân, tốc độ ngang của quả bóng thường chậm lại nhiều hơn so với tốc độ đứng. Tuy nhiên, hiệu ứng của xoáy tới (topspin) cực nặng có thể tạo ra các ngoại lệ cho quy tắc này, đặc biệt là trong các cú lốp bóng xoáy tới, nơi quả bóng thực sự có thể tăng tốc theo phương ngang sau khi nảy.

Bất kể tốc độ, góc và độ xoáy của bóng tới như thế nào, tốc độ đứng của quả bóng sau khi nảy bằng khoảng ba phần tư tốc độ đứng của quả bóng tới. Đó là bởi vì một trong những quy tắc của quần vợt quy định một quả bóng quần vợt phải nảy theo phương đứng với tốc độ khoảng ba phần tư tốc độ rơi đứng của nó. Trên một số mặt sân, quả bóng sẽ nảy hơi nhanh hơn hoặc hơi chậm hơn theo phương đứng. Trên sân đất nện, ví dụ, quả bóng có thể đào một lỗ nhỏ trên đất sét, và sau đó nó có thể bị chệch hướng đi lên với tốc độ đứng bằng khoảng 0.85 lần tốc độ đứng lúc tới.

Trong hầu hết các cú đánh (ngoại trừ cú smash và một số cú giao bóng hoặc vô-lê mà bạn đánh xuống mặt sân), tốc độ đứng của quả bóng hướng xuống mặt sân hầu như hoàn toàn được quyết định bởi trọng lực. Nói một cách đơn giản, quả bóng rơi từ độ cao tối đa đạt được trong quỹ đạo của nó. Bạn thường không đánh bóng xuống mặt sân; nó rơi vào mặt sân. Tốc độ ngang của quả bóng trước cú nảy hầu như không liên quan gì đến tốc độ tác động đứng hoặc độ cao của cú nảy. Tuy nhiên, tốc độ ngang có ảnh hưởng đến độ xoáy của quả bóng đang nảy, điều này có tác động nhỏ đến chiều cao nảy.

Độ xoáy của quả bóng cũng sẽ ảnh hưởng đến tốc độ tác động đứng. Xoáy tới tạo ra một lực luồng khí được gọi là lực Magnus. Lực này đẩy quả bóng xoáy tới xuống dưới trong khi nó bay qua không khí, tạo ra tốc độ đứng lớn hơn và góc tác động dốc hơn; ngược lại nó đẩy quả bóng xoáy ngược (backspin) lên trên, do đó làm giảm góc tác động. Hơn nữa, một quả bóng được đánh với xoáy tới có khả năng rời khỏi vợt ở góc cao hơn và đạt được đỉnh cao hơn trong quỹ đạo của nó, vì vậy nó sẽ rơi từ độ cao lớn hơn, gia tăng tốc độ và chạm sân ở góc dốc hơn. Do đó, bóng xoáy tới thường sẽ chạm sân nhanh hơn, dốc hơn và nảy nhanh hơn, cao hơn theo phương đứng so với các quả bóng đánh phẳng (flat) hoặc xoáy ngược.

Chiều cao của cú nảy phụ thuộc vào độ lớn của lực đẩy quả bóng khỏi mặt sân. Điều này phụ thuộc vào độ cứng của mặt sân và tốc độ tác động đứng của quả bóng.

Khi quả bóng tác động vào mặt sân, nó tác dụng một lực lên mặt sân, và mặt sân tác dụng một lực bằng và ngược chiều lên quả bóng. Lực này có thể được chia làm hai phần. Vì quả bóng đáp xuống ở một góc, một phần của lực đang đẩy xuống mặt sân và một phần đang đẩy dọc theo bề mặt của nó. Vì vậy, mặt sân đẩy ngược lại theo cả phương đứng và phương ngang (Hình 3.4). Đó là lý do tại sao quả bóng nảy lên và chậm lại theo phương ngang.

Hình 3.4: Lực của quả bóng tác động lên mặt sân bằng và ngược chiều với lực của mặt sân tác động lên quả bóng. Lực tác động lên quả bóng có hai thành phần: một lực đẩy lên trên, được gọi là lực phản hồi mặt đất (ground reaction force), gây ra cú nảy; và lực còn lại là lực ma sát (friction force), chống lại chuyển động tiến của quả bóng trên mặt sân và do đó làm nó chậm lại.

Độ lớn của lực đẩy lên trên quả bóng, được gọi là “lực phản hồi mặt đất”, được quyết định bởi tốc độ tới đứng của quả bóng và độ cứng tương đối của mặt sân cùng quả bóng. Nếu mặt sân mềm, năng lượng sẽ bị mất đi để làm biến dạng bề mặt sân (hoặc tệ hơn, nếu bóng đáp vào một đống bụi bẩn, nó sẽ không nảy lên chút nào). Bề mặt không bật lại đủ nhanh hoặc đủ hiệu quả để hỗ trợ quả bóng nảy lên, vì vậy năng lượng đó bị “mất”, và quả bóng sẽ không nảy cao. Mỗi bề mặt có xu hướng mất một lượng năng lượng đặc trưng, điều này quyết định tốc độ nảy đứng (và do đó là chiều cao) cho mặt sân đó.

Một số sân cứng, như loại sân được dùng tại giải Mỹ và Úc Mở rộng, được xây dựng với một lớp cao su dưới lớp bề mặt acrylic trên cùng. Sơn acrylic xanh được pha với cát để kiểm soát ma sát bề mặt đối với quả bóng trong khi lớp cao su giúp tạo sự êm ái dưới chân. Chiều cao nảy đứng trên các sân này vẫn tương đối cao, mặc dù có lớp đệm cao su mềm, vì quả bóng không nén bề mặt nhiều như khi nó nén cỏ. Sân cứng được mô tả là cứng vì chúng cứng hơn nhiều so với quả bóng.

Tỷ lệ giữa tốc độ đứng của quả bóng sau cú nảy so với trước đó được gọi là “hệ số phục hồi” (coefficient of restitution – COR). Nếu tốc độ đứng sau cú nảy trên một mặt sân nhanh hơn mặt sân khác, quả bóng sẽ nảy cao hơn trên mặt sân đó. COR khoảng 0.75 cho sân cỏ, 0.8 cho sân cứng và 0.85 cho sân đất nện. Tác động của những khác biệt này được thể hiện trong Hình 3.5. Cú nảy đứng của quả bóng sẽ cao nhất và nhanh nhất trên sân đất nện, thấp nhất và chậm nhất trên sân cỏ.

Hình 3.5: Hệ số phục hồi (COR) quy định tỷ lệ giữa tốc độ đứng của quả bóng sau khi nảy so với tốc độ đứng trước đó. Những mặt sân có COR cao hơn sẽ có cú nảy cao hơn và nhanh hơn.

Tuy nhiên, COR không phải là hằng số. Hiệu suất của cú nảy giảm đi ở tốc độ tác động cao hơn, và COR sẽ nhỏ hơn. Tốc độ cao hơn gây ra sự biến dạng bóng nhiều hơn, dẫn đến mất năng lượng. Nhưng đồng thời, khi quả bóng biến dạng nhiều hơn, nó trở nên cứng hơn và khó biến dạng hơn. Hai hiệu ứng này tác động theo hướng ngược nhau sao cho kết quả cuối cùng là một quả bóng nhanh hơn sẽ luôn nảy cao hơn một quả bóng chậm hơn, nhưng nó sẽ không nảy cao hơn theo tỷ lệ thuận với mức tăng tốc độ, mà thấp hơn một chút.

Phần phương đứng của cú nảy chỉ có bấy nhiêu thôi. Sự phấn khích thực sự xảy ra liên quan đến cú nảy ngang — phần nảy mà khó dự đoán nhất và là phần chúng ta thường liên tưởng đến lực (power) và độ nặng (heaviness) của một cú đánh.

Đối với mỗi loại ma sát trong ba loại (trượt, lăn và nghỉ), độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào hai yếu tố chính. Một là độ nhẵn hoặc nhám của hai bề mặt được đo bằng hệ số ma sát (coefficient of friction – COF), là một con số thường nằm trong khoảng từ 0.1 (đối với bề mặt trơn trượt) đến khoảng 0.9 (đối với bề mặt nhám). Yếu tố chính còn lại là lực tác động vuông góc với bề mặt (lực “pháp tuyến”). Tốc độ đứng của quả bóng tới và độ cứng của mặt sân quyết định độ lớn của lực này ép quả bóng và mặt sân lại với nhau.

Sẽ dễ dàng hơn để thấy độ nhám bề mặt và lực pháp tuyến ảnh hưởng đến lực ma sát như thế nào bằng cách cố gắng kéo một khối nặng trên một bề mặt. Giả sử bạn trượt hoặc kéo một khối gỗ nặng 10 pound trên một bề mặt nằm ngang. Nếu COF tình cờ là 0.5, thì cần một lực ngang 5 pound để trượt khối gỗ đó với tốc độ không đổi. Nếu COF là 0.8, thì bạn cần tăng lực ngang lên 8 pound để làm khối gỗ trượt với tốc độ không đổi. Tuy nhiên, nếu khối gỗ nặng 100 pound thay vì 10 pound, và nếu COF là 0.5, thì cần một lực kéo hoặc đẩy ngang 50 pound để trượt khối gỗ ở tốc độ không đổi (Hình 3.6). Nếu bạn cố gắng đẩy khối 100 pound đó với một lực nhỏ hơn 50 pound, thì khối đó sẽ không di chuyển chút nào vì nó bị dính chặt vào bề mặt bởi ma sát nghỉ.

Hình 3.6: Nếu hệ số ma sát (COF) giữa một khối nặng 100 lb và sàn nhà là 0.5, thì cần một lực ngang 50 lb để di chuyển khối đó theo phương ngang. Cần một lực đứng 100 lb để nhấc khối đó lên theo phương thẳng đứng.

Người chơi trên sân đất nện hoặc sân cát thường trượt chân để dừng lại khi họ tiếp cận quả bóng. Trong trường hợp đó, ma sát giữa giày và mặt sân có tác dụng làm chậm người chơi trên một quãng đường có thể là một hoặc hai feet, và một vết trượt được để lại trên sân. Lực ma sát trên một người nặng lớn hơn một người nhẹ (tức là lực pháp tuyến lớn hơn), điều này rất tiện lợi, nếu không một người nhẹ có thể dừng lại quá nhanh và ngã nhào, trong khi một người nặng có thể trượt thẳng vào hàng rào. Lực ma sát không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc hay kích cỡ giày, và nó không phụ thuộc vào tốc độ trượt. Hai yếu tố cuối cùng có lẽ không phải là những gì bạn mong đợi, nhưng các thí nghiệm cho thấy thực tế hầu như luôn là như vậy.

Tốc độ ngang ngay sau khi nảy khỏi mặt sân phụ thuộc chủ yếu vào lượng ma sát trượt được tạo ra giữa quả bóng và mặt sân cùng thời gian và hướng của nó.

Nếu quả bóng tới mặt sân ở góc nhỏ, khoảng 20 độ hoặc ít hơn, vốn thường thấy trong một cú giao bóng một nhanh hoặc một cú đánh xoáy ngang (groundstroke) thấp và mạnh, thì quả bóng sẽ trượt trong suốt cú nảy. Trong trường hợp đó, tốc độ ngang của quả bóng khi nó nảy sẽ phụ thuộc vào việc mặt sân nhám hay nhẵn, và nó cũng phụ thuộc vào góc tới (xem Hình 3.7). Cú giao bóng ở tốc độ 100 mph hoặc hơn tới mặt sân ở góc khoảng 12 độ, và chúng nảy nhanh hơn chủ yếu vì chúng đến nhanh hơn, nhưng cũng vì hiệu ứng làm chậm yếu hơn ở các góc tới nhỏ hơn. Hiệu ứng làm chậm yếu hơn vì quả bóng không ép quá mạnh lên mặt sân hoặc bị nén nhiều như khi ở các góc tới cao hơn.

Hình 3.7: Các bề mặt sân khác nhau tạo ra lực ma sát lên quả bóng nhiều hay ít khác nhau, từ đó làm thay đổi tốc độ ngang và hướng nảy của bóng.

Khi quả bóng tới ở các góc lớn hơn khoảng 20 độ (hầu như luôn đúng đối với các tác động lên dây vợt nơi góc thường là 70 hoặc 80 độ), đáy của quả bóng trượt đến khi dừng hẳn trong cú nảy, và sau đó nó bám chặt (grips) mặt sân. Nếu điều đó xảy ra, thì sự thay đổi tốc độ của quả bóng không phụ thuộc vào độ nhẵn hay nhám của bề mặt. Nói cách khác, trong những điều kiện này, một quả bóng tới ở bất kỳ góc và tốc độ nhất định nào đều chậm lại với cùng một lượng trên tất cả các mặt sân và bề mặt dây. Có hai ngoại lệ mà quả bóng sẽ chậm lại nhiều hơn. Đầu tiên là các cú nảy trên sân đất nện. Tại đây quả bóng đào một rãnh trên sân và phải đẩy đất sét phía trước nó. Lực cần thiết để đẩy đất sét, kết hợp với lực ma sát ở đáy quả bóng, dẫn đến cú nảy chậm hơn so với bất kỳ mặt sân nào khác.

Ngoại lệ thứ hai là ngay cả khi quả bóng bám vào dây (bites the strings), nó vẫn chậm lại nhiều hơn khi trượt qua dây vợt nếu dây ở mức căng thấp thay vì mức căng cao. Điều này có thể được quy cho một hiệu ứng tương tự như trên sân đất nện. Nghĩa là, quả bóng đào một “lỗ” sâu hơn vào dây ở mức căng thấp so với mức căng cao. Mặt phẳng dây không giữ nguyên trạng thái phẳng trong khi quả bóng ở trên dây, mà nó biến dạng và có xu hướng tự bao bọc lấy quả bóng. Do đó, mặt trước của quả bóng gặp phải một “ngọn đồi” nhỏ trong khi nó đang trượt. Quả bóng đẩy vào ngọn đồi này thay vì lướt qua bề mặt, vì vậy nó chậm lại nhiều hơn so với chỉ do ma sát trượt thuần túy (xem Hình 3.8). Ở mức căng dây thấp, tốc độ của quả bóng ra khỏi dây lớn hơn một chút theo hướng vuông góc với dây và thấp hơn một chút theo hướng song song với dây. Kết quả cuối cùng là một quả bóng nảy ra từ dây ở mức căng thấp sẽ bay cao hơn qua lưới và với tốc độ cao hơn một chút, vì vậy quả bóng sẽ đi xa hơn đáng kể trước khi đáp xuống. Một ví dụ thú vị về điều này là khi một người chơi bị đứt dây trong lúc đánh. Kết quả thông thường là quả bóng đáp xuống ngoài vạch cuối sân hoặc đập vào hàng rào phía sau.

Hình 3.8: Vì vợt đang di chuyển hướng lên và về phía trước, quả bóng được phóng đi hướng lên và về phía trước, nhưng không cùng một góc. Hình dạng biến dạng của mặt lưới dẫn đến một lực đẩy lên trên lớn hơn đối với quả bóng ở mức căng dây thấp. Về mặt hiệu ứng, quả bóng “ngồi” trên một gờ nhỏ được tạo ra bởi độ cong của mặt lưới.

Tốc độ nảy ngang cũng phụ thuộc ở một mức độ nào đó vào việc quả bóng tới mà không có xoáy, hoặc có xoáy tới hay xoáy ngược, như chúng ta sẽ thấy trong phần tiếp theo, đặc biệt là khi góc tới trên 20 độ.

Hình 3.9 cho thấy một quả bóng đang tiếp xúc với một bề mặt. Chúng ta giả định rằng nó vừa va chạm với bề mặt ở một góc, vì vậy nó đã bắt đầu bị nén lại và đang trượt dọc theo bề mặt đó. Lực ma sát tác động lên quả bóng theo hướng ngược lại tại đáy quả bóng, song song với bề mặt, do đó nó có tác dụng làm chậm phần đáy của quả bóng. Lực ma sát không tác động lên đỉnh quả bóng, vì vậy đỉnh quả bóng sẽ tiếp tục chuyển động theo hướng song song với bề mặt với tốc độ gần như bằng tốc độ khi bóng vừa chạm đất. Tại sao lại như vậy? Nếu đáy quả bóng đang chậm lại, chẳng lẽ toàn bộ quả bóng không nên chậm lại sao? Câu trả lời là toàn bộ quả bóng sẽ chậm lại, nhưng phần đỉnh không chậm đi nhiều. Kết quả là, quả bóng rời khỏi mặt sân hoặc dây vợt với độ xoáy cực nhanh. Nếu quả bóng đã xoáy trước khi chạm sân hoặc dây, thì độ xoáy đó sẽ thay đổi trong quá trình nảy.

Hình 3.9: Quả bóng ở đây bắt đầu xoay theo chiều kim đồng hồ khi nảy do lực ma sát tác động lên đáy quả bóng. Phần đáy chậm lại nhưng phần đỉnh vẫn tiếp tục lao đi.

Hãy tưởng tượng bạn đang đi bộ và vấp phải một bậc thang hoặc một hòn đá. Chân bạn dừng lại, nhưng đầu bạn vẫn tiếp tục lao đi với tốc độ như trước khi vấp. Điều tương tự cũng xảy ra khi quả bóng quần vợt chạm mặt sân hoặc dây vợt của bạn. Khi bạn vấp ngã, bạn xoay người về phía trước. Khi quả bóng chạm vào một bề mặt, nó bắt đầu xoay vì đỉnh quả bóng đang di chuyển nhanh hơn đáy. Sự khác biệt giữa việc vấp ngã và việc trượt là khi vấp ngã, chân bạn dừng lại hoàn toàn ngay lập tức, nhưng đáy của một quả bóng đang trượt sẽ mất nhiều thời gian hơn một chút để dừng hẳn. Trên một bề mặt trơn trượt, đáy quả bóng mất một khoảng thời gian tương đối dài để dừng trượt hoàn toàn. Trên một bề mặt nhám, quả bóng đang trượt sẽ dừng lại nhanh hơn, nhưng trong cả hai trường hợp, tại thời điểm mỗi quả bóng ngừng trượt, nó sẽ chậm lại và thay đổi độ xoáy với cùng một lượng như nhau. Nói cách khác, nếu đáy quả bóng dừng trượt trước khi bóng nảy lên, thì độ trơn hay nhám của bề mặt sẽ không tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào đối với tốc độ xoay hoặc độ xoáy của quả bóng khi nó nảy.

Đó là lý do tại sao nhiều người có ấn tượng sai lầm rằng ma sát nhiều hơn sẽ tạo ra nhiều xoáy hơn. Nó có thể, nhưng thường là không. Cách duy nhất để quả bóng có nhiều xoáy hơn khi có nhiều ma sát hơn là nếu quả bóng nảy lên trước khi đáy quả bóng kịp dừng trượt. Để điều đó xảy ra, quả bóng phải tác động vào bề mặt ở một góc nhỏ, như trường hợp của một cú giao bóng một tốc độ cao. Quả bóng chạm sân ở một góc khoảng 12 độ trong một cú giao bóng nhanh, trong trường hợp đó tốc độ và độ xoáy của bóng sau khi nảy thực sự phụ thuộc vào độ nhẵn hay nhám của mặt sân. Đó là lý do tại sao sân nhanh thì nhanh và sân chậm thì chậm. Nhưng khi bạn đánh bóng bằng dây vợt, dây vợt gần như vuông góc với đường bay của bóng, và độ xoáy ra khỏi dây là như nhau bất kể dây nhám hay nhẵn, thưa hay dày, mỏng hay dày.

Trượt đến khi dừng lại (Sliding to a stop)

Hình 3.10 trình bày chi tiết hơn tình huống này. Chúng ta thấy ba quả bóng đang trượt sang phải trên một bề mặt ngang với cùng tốc độ ngang là 20 mph, nhưng mỗi quả xoay với tốc độ vòng khác nhau. Quả bóng thứ nhất không xoáy, quả thứ hai xoay 22 vòng/giây và quả thứ ba xoay 44 vòng/giây. Vì quả thứ nhất không xoáy, các phần đỉnh, giữa và đáy của bóng đều di chuyển sang phải với tốc độ 20 mph.

Hình 3.10: Tốc độ và hướng trượt tại đáy quả bóng là tổng ròng của tốc độ ngang tiến về phía trước của quả bóng và tốc độ xoáy ngược hoặc xoáy tới tại đáy quả bóng. Ma sát tác động lên quả bóng theo hướng ngược lại với hướng trượt của nó.

Quả bóng thứ hai xoay 22 vòng/giây. Chu vi quả bóng quần vợt là 8.0 inch, nên tất cả các điểm trên chu vi xoay quanh với tốc độ 22 x 8 = 176 inch/giây = 10 mph. Vì đáy quả bóng xoay ngược lại với tốc độ 10 mph so với phần giữa, và phần giữa di chuyển tới với tốc độ 20 mph, nên thực tế đáy quả bóng đang di chuyển tới với tốc độ 10 mph, và đỉnh quả bóng di chuyển tới với tốc độ 30 mph.

Quả bóng thứ ba xoay nhanh gấp đôi quả thứ hai, nên mọi điểm trên chu vi đều xoay ở tốc độ 20 mph. Phần giữa bóng di chuyển ở tốc độ 20 mph trong khi phần đáy xoay ngược lại 20 mph so với phần giữa. Do đó, đáy quả bóng không di chuyển đi đâu cả vì tổng tốc độ của nó bằng không. Tuy nhiên, đỉnh quả bóng di chuyển tới với tốc độ 20 + 20 = 40 mph. Đó chính xác là những gì xảy ra khi đáy quả bóng dừng lại sau khi trượt dọc theo một bề mặt. Nếu phần giữa bóng di chuyển ở tốc độ 20 mph song song với bề mặt trong khi phần đáy đứng yên, thì quả bóng sẽ xoay ở mức 44 vòng/giây, bất kể nó dừng lại trên bề mặt nhẵn hay nhám.

Nếu một quả bóng bắt đầu trượt dọc theo bề mặt ở tốc độ 20 mph mà không xoay lúc bắt đầu, ma sát sẽ làm nó chậm lại còn khoảng 10 mph tính đến lúc đáy quả bóng dừng trượt. Lúc đó, đỉnh quả bóng sẽ di chuyển ở tốc độ 20 mph, phần giữa di chuyển ở tốc độ 10 mph, phần đáy đứng yên, và toàn bộ quả bóng sẽ xoay ở mức khoảng 22 vòng/giây. Nếu điều này xảy ra, đỉnh quả bóng không hề chậm lại, đáy dừng lại hoàn toàn, và phần giữa chậm từ 20 mph xuống 10 mph. Quả bóng sau đó sẽ nảy khỏi bề mặt với tốc độ ngang 10 mph và xoay ở mức 22 vòng/giây.

Giai đoạn bám của cú nảy (The biting phase of the bounce)

Khi đáy quả bóng đứng yên so với bề mặt, chúng ta nói quả bóng đang “bám” (biting) bề mặt. Tại thời điểm này, đáy quả bóng thực sự bị kẹt trên bề mặt. Lực ma sát trượt giảm về không và không còn tác động đến tốc độ hay độ xoáy của bóng. Do đó, một quả bóng đang xoay ở mức 22 vòng khi đáy bóng dừng trượt cuối cùng sẽ nảy khỏi bề mặt và vẫn duy trì mức xoay 22 vòng/giây.

Giai đoạn bị kẹt trên bề mặt này rất khó hình dung, nhưng nó diễn ra như sau: Khi đáy quả bóng ngừng trượt, phần đỉnh vẫn tiếp tục chuyển động tới, có xu hướng kéo quả bóng đi. Lúc này, ma sát trượt nhường chỗ cho ma sát nghỉ, vốn hoạt động (đến một mức độ nào đó) theo hướng ngược lại với lực đang cố gắng làm trượt các bề mặt qua nhau. Nói cách khác, ma sát nghỉ tiếp tục tác động ngược lại các lực đang cố kéo quả bóng đi tới. Trong cuộc “kéo co” này, đáy quả bóng bị kẹt trên bề mặt trong khi phần đỉnh, vốn có tính đàn hồi, tiếp tục xoay và chuyển động tới, dẫn đến kết quả là quả bóng bị xoắn và kéo giãn biến dạng. Cuối cùng, nửa trên đang xoay và kéo giãn này sẽ kéo phần còn lại của quả bóng tới và đẩy phần đáy của bóng ra sau, khiến bóng mất độ bám. Kết quả là, đáy quả bóng sẽ đột ngột bắt đầu trượt ngược lại trên bề mặt, ngược với hướng chuyển động tổng thể của bóng và ngược với hướng nó đang trượt khi vừa bắt đầu nảy. Do đó, lực ma sát đảo chiều và tác động đẩy quả bóng tới. Lực ma sát nghỉ hướng ra sau kết hợp ngay sau đó bởi lực ma sát trượt hướng tới tạo ra hiệu ứng ma sát ròng, sau khi đáy bóng đứng yên, gần như bằng không. Kết quả là, trái với những cuộc trò chuyện thông thường, giai đoạn bám gần như không có tác động gì đến độ xoáy của quả bóng quần vợt. Gần như toàn bộ độ xoáy truyền vào quả bóng quần vợt diễn ra trong giai đoạn trượt, và có rất ít hoặc không có độ xoáy thêm nào truyền vào bóng sau khi mặt sân hay dây vợt bám lấy quả bóng. Hành động bám chỉ đơn thuần duy trì độ xoáy đã được tạo ra trong phần trượt của cú nảy, và nó không có tác dụng làm tăng (hay giảm) độ xoáy đó một lượng đáng kể. Nó có tác động mạnh lên quả bóng siêu nảy (superball), và có thể làm quả bóng bầu dục nảy ngược lại, nhưng hiệu ứng lên bóng quần vợt yếu hơn nhiều vì bóng quần vợt tương đối trơn và độ bám không mạnh như trên superball hay bóng bầu dục.

Thời gian của giai đoạn trượt phụ thuộc vào độ xoáy của bóng tới. Có thể mất 0.002 giây để đáy quả bóng dừng trượt nếu bóng tới không có xoáy. Một quả bóng tới với xoáy ngược (backspin) sẽ trượt trong thời gian dài hơn vì đáy quả bóng bắt đầu trượt ở tốc độ cao hơn do độ xoáy của nó. Do đó, mất nhiều thời gian hơn để đưa đáy quả bóng về trạng thái dừng. Nếu bóng tới có xoáy tới (topspin), tốc độ trượt ở đáy bóng bị giảm đi bởi hiệu ứng xoáy, nên đáy bóng sẽ dừng lại sớm hơn. Do đó, bóng xoáy tới sẽ chậm lại ít hơn so với bóng xoáy ngược, và nó cũng sẽ có sự thay đổi độ xoáy nhỏ hơn.

Hệ quả của việc này là gì? Nó có nghĩa là đối với hai quả bóng chạm sân ở cùng một góc và tốc độ, nhưng một quả xoáy tới và quả kia xoáy ngược, quả xoáy tới sẽ lao đến chỗ bạn nhanh hơn và thấp hơn quả xoáy ngược. Thấp hơn là vì quả bóng đi được quãng đường ngang xa hơn trong khi nó nảy lên ở bất kỳ độ cao nhất định nào. Ví dụ, một quả bóng tới với xoáy tới có thể nảy lên cao hai feet trong khi nó di chuyển bốn feet theo phương ngang. Cùng quả bóng đó tới với xoáy ngược có thể chỉ di chuyển 3.5 feet theo phương ngang trong khi nảy cao hai feet (xem Hình 3.11).

Quả bóng xoáy tới có nhiều khả năng đạt đến trạng thái bám hơn và do đó sẽ chậm lại ít hơn theo phương ngang so với quả bóng xoáy ngược. Tùy thuộc vào góc tới, tốc độ ngang sẽ chậm lại ít hơn tốc độ nảy đứng. Do đó, quả bóng xoáy tới có xu hướng nảy ở góc thấp hơn so với góc tới.

Nhưng điều này hoàn toàn ngược lại với những gì bạn trải nghiệm trên sân. Bạn biết rằng quả bóng xoáy ngược sẽ bay thấp và có vẻ lao đến bạn nhanh hơn. Câu trả lời là bóng xoáy tới và xoáy ngược hiếm khi chạm sân ở cùng một góc. Để một cú đánh xoáy ngược và xoáy tới từ vạch cuối sân chạm cùng một điểm với cùng một góc là điều gần như không thể. Bạn có thể làm chúng chạm cùng một điểm, nhưng quỹ đạo sẽ hoàn toàn khác nhau. Cú đánh xoáy tới sẽ chạm sân ở góc dốc hơn nhiều. Máy bắn bóng có thể bắn bóng xoáy tới hoặc xoáy ngược xuống sân ở cùng một góc, nhưng điều đó sẽ không xảy ra trong trận đấu bình thường.

Tuy nhiên, nhận thức thông thường của chúng ta là sai. Người chơi và huấn luyện viên thường nói rằng xoáy ngược làm bóng nảy thấp hơn và nhanh hơn xoáy tới. Thực tế, chính quỹ đạo mới gây ra kiểu nảy đó. Sự thật là xoáy ngược thực sự làm quả bóng chậm lại nhiều hơn và nảy dốc hơn xoáy tới, nhưng bóng xoáy ngược hầu như luôn có quỹ đạo thấp hơn và do đó nảy thấp hơn.

Hình 3.11: Một quả bóng xoáy ngược (backspin) sẽ chậm lại theo phương ngang nhiều hơn một quả bóng xoáy tới khi chạm sân ở cùng một góc và tốc độ. Thông thường, tùy thuộc vào góc tới, tốc độ ngang sẽ chậm lại nhiều hơn tốc độ đứng. Do đó, bóng xoáy ngược sẽ nảy ở một góc dốc hơn góc tới. Đối với bóng xoáy tới, ma sát tác động trong thời gian ngắn hơn theo hướng ngược lại, vì vậy tốc độ ngang có thể không chậm đi nhiều như tốc độ đứng, và quả bóng sẽ nảy ở một góc nhỏ hơn góc tới.

Những quả bóng chạm sân ở góc nhỏ hơn 20 độ sẽ trượt trong suốt quá trình nảy, và ma sát trượt sẽ quyết định cách quả bóng nảy. Trên 20 độ, quả bóng sẽ bám vào mặt sân tại một thời điểm nào đó. Góc tới càng dốc, điều đó càng dễ xảy ra sớm trong cú nảy.

Tất cả những điều này có nghĩa là gì? Nhìn chung:

• Các tác động ở góc thấp tạo ra lực ma sát nhỏ hơn, nhưng nó tác động theo hướng ngược lại trong thời gian dài hơn; các tác động ở góc cao tạo ra lực ma sát lớn hơn, nhưng nó tác động theo hướng ngược lại trong thời gian ngắn hơn.
• Ma sát tác động lâu hơn theo hướng ngược lại đối với quả bóng xoáy ngược so với quả bóng xoáy tới.
• Các tác động ở góc thấp dễ trượt trong suốt quá trình nảy; các tác động ở góc cao dễ bắt đầu bằng việc trượt và sau đó là bám.
• Nếu một quả bóng xoáy ngược và một quả bóng xoáy tới chạm sân ở cùng một góc, quả bóng xoáy ngược sẽ chậm lại nhiều hơn và nảy ở góc dốc hơn