Для полёта самолётам обычно требуется максимально гладкая поверхность и обтекаемая форма фюзеляжа, тогда как у мяча для гольфа всё наоборот — его поверхность имеет более 300 небольших выемок. Почему мячи для гольфа сделаны именно таким образом?
"Шагрень" позволяет мячам для гольфа летать выше и дальше. Среди всех популярных в мире видов спорта с мячами гольф является одним из самых "старожилов", насчитывающим пять-шестьсот лет истории. Первые мячи для гольфа были сделаны из дерева, затем их стали шить из кожи и наполнять перьями. Однако у таких мячей был один большой недостаток: их вес сильно менялся, когда они попадали в воду или намокали от росы. Начиная с 1845 года появились гладкие круглые мячи, изготовленные из резины или пластика. Их преимущество заключалось в том, что они не увеличивали вес при намокании. Однако вскоре обнаружилась большая проблема: после каждого удара по мячу его полёт значительно сокращался. Хотя первоначальные кожаные мячи были более грубыми, они летали дальше. Почему же гладкая поверхность приводит к уменьшению дальности полёта? Позже выяснилось, что дизайн поверхности мяча играет очень важную роль!
Изначально считалось, что воздух не имеет вязкости, то есть не оказывает трения. Учёные называют эту невлагоудерживающую жидкость идеальной жидкостью. По идее, объекты, движущиеся в идеальной жидкости, не должны испытывать сопротивление. Однако это совершенно не соответствует наблюдениям, показывающим, что сопротивление, оказываемое на объекты в воздухе, ни в коем случае нельзя игнорировать. Впервые эту противоречие заметил французский учёный Даламбер, поэтому эта проблема также известна как "парадокс Даламбера". Исследование полёта мячей для гольфа можно считать началом изучения этого явления.
Когда мяч для гольфа летит медленно, молекулы воздуха рядом с ним движутся в основном по поверхности мяча, и сопротивление, оказываемое на мяч, в основном обусловлено вязкостью жидкости. Однако когда мяч летит быстро, за ним образуется симметричный вихрь, и молекулы воздуха рядом с мячом отделяются от его поверхности после некоторого движения. Это явление также называется отделением пограничного слоя. Отделение пограничного слоя всегда происходит одновременно с образованием вихря. В центре вихря давление ниже, и если объект находится вблизи крупного океанского вихря, он будет втянут в него. Это показано во многих фильмах-катастрофах. За мячом образуется центр с очень низким давлением, а перед ним — зона с более высоким давлением. Из-за этой разницы в давлении мяч испытывает большое сопротивление. Как правило, чем быстрее летит мяч, тем раньше происходит отделение пограничного слоя и тем большую зону вихря образует позади мяча, что приводит к увеличению сопротивления, создаваемого давлением. В конечном счёте, пограничное слоение является причиной того, что полёт мяча сопровождается отделением пограничного слоя.
На гладкой поверхности мяча из-за раннего отделения пограничного слоя образуется большая разница в давлении перед и за мячом, что приводит к значительному сопротивлению. Поэтому после перехода от кожаных мячей к пластиковым мячам для гольфа дальность полёта значительно сократилась. Для этого мячи для гольфа делают "шагрень", то есть покрывают множеством небольших выемок. Во время полёта возле выемок образуются небольшие вихри, и молекулы воздуха рядом с мячом притягиваются к ним, отдаляя точку отделения пограничного слоя. В результате зона вихря позади мяча становится намного меньше, чем у гладкого мяча, что значительно уменьшает сопротивление, создаваемое разницей в давлении. Обычно максимальная дальность полёта гладкого мяча для гольфа составляет несколько десятков метров, а мяча с шагренем — более 200 метров. Таким образом, эффект снижения сопротивления у мячей для гольфа с шагренем очень очевиден.