The Application of Physics in Sports: What Is Allowed?
Jias Soon Len
In a match between Golden State Warriors and New York Knicks that ended with a score of 105-96, Stephen Curry made history by surpassing Ray Allen to become the all-time leader in career three-pointers. Have you ever wondered how basketball players such as Stephen Curry and Ray Allen managed to become prolific three-pointer shooters in N.B.A? The secret behind their successes may be attributed to the principles of physics in sports. Although it may be hard to link sports and physics at first thought, both disciplines are interconnected in many ways. The principles of physics can help explain certain phenomena in sports and be utilized by athletes to develop new techniques that increase their chances of outcompeting rivals. For instance, the parabolic arc in a basketball jump shot and, consequently, the likelihood of the ball entering the net is affected by the amount of force and the direction the athlete applies to the ball.
The perfection of these techniques allows athletes to gain unique advantages over their opponents during competition, ultimately increasing the chances of turning the tide in their favor. However, some of these techniques have been disputed over the unfair advantage they provide to the player and the possible violation of sportsmanship. In this issue of the Journal of Young Investigators, former Deputy Senior Research Editor Yi Ting Loo discusses these controversies surrounding the application of physics in sports.
Fairness in sports falls upon the organizer, athlete, and other relevant parties. The organizer must provide each athlete with equal chances of winning. Likewise, the athlete must abide by the competition rules that prohibit unfair practices (e.g., techniques, equipment, and substances). For instance, it will be unfair to allow a player to use techniques or equipment that provide sufficient advantage to guarantee their victory over other competitors. In sports, most techniques employ one or more principles of physics to increase the level of difficulty that the opponents experience in receiving and returning the shot. A quintessential example of such techniques would be the ball spinning sideways after being hit by a table tennis player. These techniques are generally accepted in the sports community since they reflect the athlete's ability and will to outcompete others. Although these techniques increase the chances of outrivaling the opponent, it is equally possible that the contender can nullify these shots with sufficient experience and mastery of the sport.
However, for other techniques such as the "Sidek serve", its underlying principles of physics make it arduous for the opponent to negate the shot made. The "Sidek serve" is a technique whereby badminton players slice the shuttlecock when holding it in an inverted position. This causes the shuttlecock to spin unpredictably and thus leaves no room for the opponent to counter. Leveraging on the physics underlying techniques such as the "Sidek serve," players would gain an absolute advantage over their opponents and compromise the fairness of sports games. As a result, the sports community has criticized these techniques for going against the spirit of sportsmanship.
Similarly, sportswear and sports equipment have also received criticism for providing unjustifiable advantages to athletes. Traditionally, sportswear companies design their products to increase comfortability and minimize the risk of athletes sustaining injuries. However, with the advancement of clothing technology that heavily relies on physics, there have been improvements in sportswear design that could considerably enhance an athlete's performance. In a tight race, the sportswear worn by the athletes could play a critical role in affecting the outcome of the competition. Based on these justifications, critics argue against the use of specialized sportswear that provides an unjust edge in competition and masks an athlete's actual performance.
The application of physics in sports holds considerable potential for the future by encouraging the development of innovative techniques and sports products to generate revenue for the industry. However, the controversies in the utilization of physics in sports call for a concerted effort from athletes, sportswear companies, and other stakeholders to work with the relevant authorities to establish proper guidelines for the field. The challenge will be the introduction of policies to ensure ethical and fair use of physics in sports while not hindering technological advances in the sports industry.
Communiqué de Presse: L’application de la physique dans le sport: qu’est ce qui est autorisé?
Jia Soon Len
Isabelle Garnreiter
Dans un match de basket entre les Golden State Warriors et les New York Knicks qui s’est terminé avec un score de 105 à 95, Stephen Curry est entré dans l’histoire en surpassant Ray Allen pour devenir le leader de tous les temp en carrière à trois points. Vous êtes-vous déjà demandé la question comment les basketteurs de la NBA tels que Stephen Curry ou Ray Allen ont réussi à devenir des tireurs de trois point prolifiques dans la NBA ? Le secret de leur succès peut être attribué aux principes physiques qui régissent le sport. Bien qu'il puisse être difficile de lier le sport et la physique à première vue, ces deux disciplines s’entremêlent à bien des égards. Les principes physiques peuvent expliquer certains phénomènes sportifs et être employés par des athlètes qui développent de nouvelles techniques afin de surpasser leur rivaux.ales. Dans le cas du basket par exemple, l’arc parabolique d’un tir en suspension dépend de la force que le joueur applique sur la balle et la direction dans laquelle il tire, pour augmenter ses chances de mettre un panier.
Le perfectionnement de ces techniques permet aux athlètes d’obtenir des avantages uniques sur leurs adversaires pendant la compétition, augmentant ainsi les chances de renverser la tendance en leur faveur. Cependant, certaines techniques ont été contestées, car elles pourraient enfreindre les principes de l’esprit sportif en octroyant un avantage excessif à un parti. Dans cette édition du Journal of Young Investigators, l’ancienne rédactrice supérieure adjointe Yi Ting Loo examine les polémiques entourant l’application de la physique dans le sport.
Les athlètes, organisateurs et autres partis prenants impliqués, sont responsables de maintenir l’étiquité dans le sport. L’organisateur doit assurer, à chaque athlète, une chance égale de gagner. De son côté, l'athlète doit suivre les règles imposées dans la compétition qui interdisent les pratiques déloyales. Par exemple, les techniques, de l'équipement ou encore des substances interdites. Par conséquent, il serait injuste de permettre aux athlètes d’utiliser une technique ou une pièce d'équipement qui offrent un avantage suffisant pour garantir sa victoire sur d’autres concurrents.
Dans le sport, plusieurs techniques se servent d’un ou plusieurs principes physiques pour augmenter la difficulté de la discipline. Un exemple typique serait un joueur de tennis de table faisant retourner la balle de façon à ce qu’elle tourne latéralement. Bien que ces techniques peuvent être très avantageuses pour le joueur y ayant recours, un.e opposant.e avec suffisamment d'entraînement et de maîtrise du sport pourrait annuler cet avantage.
D’autres techniques, comme le service de sidek, est une technique par laquelle les joueurs de badminton tranchent le volant lorsqu’ils le tiennent en position inversée, rendant une contre attaque presque impossible. Ainsi, en se basant sur la physique rendant possible des techniques telles que le service de sidek, des joueurs obtiendraient un avantage sur leur adversaire et compromettraient l’équité des jeux sportifs. La communauté sportive a donc réproché ce genre de technique pour leur mépris de l’esprit sportif.
Certains habits et équipements sportifs ont été critiqués, car ils peuvent également procurer un des avantages injustifiables. Traditionnellement, les compagnies d’accessoires sportifs concevaient leurs produits pour minimiser le risque de blessure et maximiser le confort. Cependant avec les avancements technologiques, notamment dans la conception de vêtements, certaines optimisations peuvent maintenant considérablement améliorer la performance d'athlètes. Dans une course serrée, les vêtements portés par les athlètes pourraient considérablement influencer le résultat de la compétition.
L’utilisation de principes physiques dans le domaine sportif présente un enjeu majeur dans le futur. Encourager le développement de techniques innovantes et de nouvel équipement sportif pourrait créer une importante source de revenus pour l’industrie. Cependant, pour éviter les polémiques liées à l'utilisation de principes physiques, un dialogue est nécessaire entre les athlètes, les entreprises vêtements sportifs, et d’autres parties prenantes pour établir des directives appropriées pour le domaine. Il s’agirait de mettre en place des politiques garantissant une utilisation éthique et équitable dans le sport, sans pour autant entraver les avancées technologiques dans l’industrire sportive.
Réferences
- Clanet, C. (2015). Sports Ballistics. Annual Review of Fluid Mechanics, 47(1), 455-478. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-010313-141255