Um zu fliegen, benötigen Flugzeuge normalerweise eine möglichst glatte Oberfläche und einen stromlinienförmigen Rumpf, während Golfbälle genau das Gegenteil aufweisen – sie haben etwa mehr als 300 kleine Vertiefungen auf ihrer Oberfläche. Warum sind Golfbälle so gestaltet?
Die „Rauheit“ lässt Golfbälle höher und weiter fliegen. Golf ist eine der ältesten Ballsportarten der Welt und hat eine Geschichte von fünf- bis sechshundert Jahren. Die ersten Golfbälle waren aus Holz, später wurden sie aus Leder genäht und mit Federn gefüllt. Allerdings hatten diese Bälle einen großen Nachteil: Wenn sie ins Wasser fielen oder von Tau benetzt wurden, änderte sich ihr Gewicht erheblich. Ab 1845 erschienen glatte, aus Gummi oder Kunststoff gepresste Kugeln, die den Vorteil hatten, durch Wasserbenetzung nicht an Gewicht zuzunehmen. Allerdings stellte sich ein neues Problem ein: Nach jedem Schlag flogen die Bälle deutlich kürzer. Die ursprünglichen Lederbälle waren zwar rauer, flogen aber weiter. Warum verringerte sich die Flugweite, wenn die Oberfläche glatter wurde? Später wurde festgestellt, dass die Oberfläche des Balls sehr wohl eine Rolle spielt!
Anfänglich wurde angenommen, dass Luft keine Viskosität oder Reibung aufweist. Wissenschaftler bezeichnen diese reibungsfreie Flüssigkeit als ideales Fluid. Theoretisch sollten Objekte, die in einer idealen Flüssigkeit fliegen, keinen Widerstand erfahren. Dies widerspricht jedoch den beobachteten Phänomenen vollständig, da der Widerstand beim Fliegen von Objekten in der Luft absolut nicht zu vernachlässigen ist. Diesen Widerspruch erkannte erstmals der französische Gelehrte D'Alembert, weshalb er auch als „D'Alemberts Paradoxon“ bezeichnet wird. Die Erforschung der Flugweite von Golfbällen begann damit.
Wenn ein Golfball langsam durch die Luft fliegt, fließen die Flüssigkeitsmoleküle in der Nähe des Balls im Wesentlichen entlang der Oberfläche des Balls. In diesem Fall besteht der Widerstand des Balls hauptsächlich aus der Reibungskraft der Flüssigkeit. Wenn der Ball jedoch schneller fliegt, bildet sich hinter ihm ein symmetrischer Wirbel. Nachdem die Flüssigkeitsmoleküle in der Nähe des Balls eine Strecke zurückgelegt haben, lösen sie sich von der Oberfläche des Balls – ein Phänomen, das auch als Grenzschichtabtrennung bezeichnet wird. Die Grenzschichtabtrennung tritt immer gleichzeitig mit dem Wirbel auf. Im Zentrum des Wirbels ist der Druck geringer, und Objekte in der Nähe eines großen Wirbels im Meer werden in den Wirbel gesaugt. Dies wird in vielen Katastrophenfilmen dargestellt. Hinter dem Ball befindet sich ein Wirbel mit sehr geringem Druck im Zentrum, während vor dem Ball ein größerer Druck herrscht. Aufgrund dieses Druckunterschieds erfährt der Ball einen starken Widerstand. Im Allgemeinen fliegt ein Ball mit höherer Geschwindigkeit früher in die Grenzschicht, und der Bereich des Wirbels hinter dem Ball ist größer, was zu einem größeren Widerstand führt. Im Grunde ist die Grenzschichtabtrennung beim fliegenden Ball auf die Viskosität der Flüssigkeit zurückzuführen.
Auf der glatten Oberfläche des Balls tritt die Grenzschichtabtrennung früher auf, und der durch den Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite entstehende Widerstand ist sehr hoch. Daher ist der Widerstand, der durch den Druckunterschied zwischen Vorder- und Rückseite entsteht, beim glatten Golfball viel geringer als beim „gepunkteten“ Golfball. Ein „gepunkteter“ Golfball fliegt mit einem Schlag bis zu 200 Meter weiter als ein glatter Golfball. Es zeigt sich also, dass die Widerstandsreduzierung durch die „Punkte“ auf dem glatten Golfball sehr deutlich ist.