Pour voler, les avions ont généralement besoin d’une surface aussi lisse que possible et d’un fuselage aérodynamique, tandis que les balles de golf sont tout le contraire, avec environ plus de 300 petites bosses sur leur surface. Pourquoi les balles de golf sont-elles conçues de cette façon ?
Les « rugosités » permettent aux balles de golf de voler plus haut et plus loin. Parmi les sports de balle populaires dans le monde aujourd’hui, le golf est l’un des plus anciens, avec une histoire de 500 à 600 ans. Les premières balles de golf étaient en bois, puis elles ont été remplacées par des balles en cuir cousues et remplies de plumes. Cependant, ces balles présentaient un gros inconvénient : leur poids changeait considérablement lorsqu’elles tombaient dans l’eau ou étaient mouillées par la rosée. À partir de 1845, des balles rondes lisses, fabriquées à partir de caoutchouc ou de plastique comprimé, sont apparues. Leur avantage était qu’elles ne devenaient pas plus lourdes lorsqu’elles étaient mouillées. Cependant, un autre problème majeur a été découvert : la distance de vol des balles diminuait considérablement après chaque coup. Les balles en cuir, bien que plus rugueuses, volaient plus loin. Pourquoi la surface lisse réduit-elle la distance de vol ? Il s’est avéré que la conception de la surface de la balle joue un rôle crucial !
À l’origine, on pensait que l’air n’était pas collant, ou du moins qu’il n’y avait pas de friction. Les scientifiques appellent ce fluide non collant un « fluide idéal ». En théorie, un objet volant dans un fluide idéal ne devrait rencontrer aucune résistance. Cependant, cela ne correspond pas du tout aux observations réelles : la résistance à l’air est absolument inévitable. Ce paradoxe a été identifié pour la première fois par le scientifique français d’Alembert, et il est donc également connu sous le nom de « paradoxe de d’Alembert ». Les recherches sur la distance de vol des balles de golf ont commencé à partir de ce moment-là.
Lorsque la balle de golf vole à une vitesse relativement faible, les molécules de fluide à proximité de la balle s’écoulent pratiquement le long de sa surface. Dans ce cas, la résistance à l’air est principalement due à la viscosité du fluide. Cependant, lorsque la balle vole à grande vitesse, un tourbillon symétrique se forme derrière elle. Après avoir parcouru une certaine distance près de la balle, les molécules de fluide s’éloignent de la surface, un phénomène également appelé « séparation de la couche limite ». La séparation de la couche limite s’accompagne toujours de la formation d’un tourbillon. Au centre du tourbillon, la pression est plus faible, et si un objet se trouve dans le tourbillon de l’océan, il sera aspiré dedans. Cela a été montré dans de nombreux films catastrophes. Derrière la balle, il y a un tourbillon avec une pression très faible, tandis qu’à l’avant de la balle, la pression est plus élevée. En raison de cette différence de pression, la balle subit une résistance importante. En général, plus la vitesse de la balle est élevée, plus la séparation de la couche limite se produit tôt, et plus la zone du tourbillon derrière la balle est grande, ce qui entraîne une résistance beaucoup plus importante due à la pression. En fin de compte, la séparation de la couche limite des balles en vol est également due à la viscosité du fluide.
Sur une balle lisse, la séparation de la couche limite se produit très tôt, ce qui entraîne une résistance importante due à la différence de pression avant et après la balle. C’est pourquoi, après le passage du cuir au plastique, la distance de vol des balles de golf a considérablement diminué. Pour cela, les balles de golf ont été rendues « rugueuses », c’est-à-dire avec de petites bosses rondes sur leur surface. Les « rugueuses » balles de golf créent de petits tourbillons près des bosses, et comme les molécules de fluide près de la balle sont attirées par ces tourbillons, la séparation de la couche limite est retardée. Par conséquent, la zone du tourbillon derrière la balle est beaucoup plus petite que sur une balle lisse, ce qui réduit considérablement la résistance due à la différence de pression. Une balle de golf lisse peut voler jusqu’à quelques dizaines de mètres, tandis qu’une balle « rugueuse » peut voler plus de 200 mètres. Il est donc évident que l’effet réducteur de la résistance des balles « rugueuses » est très net.