Все игроки пытаются загнать мяч в верхний угол ворот, часто через стену защитников и вдали от досягаемости нападающего вратаря. Тем не менее, когда на чемпионате мира такие выстрелы идут наперекосяк, обычно начинается игра с обвинениями.
Игроки, фанаты и эксперты предполагают, что причиной является новый официальный турнирный мяч, выпускаемый каждые четыре года.Многие из тех, кто это говорит, возможно, ищут оправдания. И все же ученые считают, что тонкие различия футбольных мячей влияют на их полет. В частности, исследователи все чаще полагают, что футбольные мячи действительно отличает одна переменная: их поверхность.
Труднее контролировать более плавный мяч, такой как широко обсуждаемый «Джабулани», использованный на чемпионате мира 2010 года. Новый мяч Brazuca, который использовался на турнире в этом году в Бразилии, имеет швы, которые более чем на 50 процентов длиннее, что делает мяч менее гладким и более предсказуемым в полете.
«Детали потока воздуха вокруг мяча сложны, и, в частности, они зависят от того, насколько грубым является мяч», — говорит Джон Буш, профессор прикладной математики Массачусетского технологического института и автор недавно опубликованной статьи об аэродинамике шара. футбольные мячи. «Если мяч идеально гладкий, он гнется не в ту сторону».Под "неправильным путем" Буш подразумевает, что два одинаковых шара, пораженных одним и тем же игроком точно так же, могут фактически искривляться в противоположных направлениях, в зависимости от поверхности этих шаров. Звучит удивительно?Магнус, познакомься с Месси
Возможно, потому что на вопрос о том, как вращающийся шар изгибается в полете, может показаться учебник: эффект Магнуса. Это явление было впервые описано Исааком Ньютоном, который заметил, что в теннисе верхнее вращение заставляет мяч опускаться, а обратное вращение выравнивает его траекторию. Крученый мяч в бейсболе — еще один пример из спорта: питчер бросает мяч с особенно тугим верхним вращением или вращением бокового вращения, и мяч изгибается в направлении вращения.
В футболе то же самое обычно происходит со штрафными, угловыми, кроссами с флангов и другими видами передач или бросков: игрок, ударивший по мячу, применяет вращение во время контакта, создавая вращение, при котором мяч изгибается. Для правостороннего игрока «естественной» техникой является нанесение удара по внешней стороне мяча, выполняя бросок или пас с хуком справа налево; «Естественный» бросок левоногого игрока будет закручиваться слева направо.
Пока все интуитивно понятно: футбольные фанаты, вероятно, могут создать образ таких звезд, как Лионель Месси, Андреа Пирло или Марта, суперзвезда женского футбола, делая это. Но этот вид удара — бразильцы называют его «парашютом» — зависит от мяча с некоторой шероховатостью поверхности. Без этого эта классическая часть арсенала футболиста уходит, как указывает Буш в своей статье «Аэродинамика прекрасной игры» из тома «Спортивная физика», опубликованного Les Editions de L’Ecole Polytechnique во Франции. .«Дело в том, что эффект Магнуса может изменить знак», — говорит Буш. «Люди обычно не ценят этот факт». Для абсолютно гладкого мяча направление кривой может измениться на противоположное: одно и то же движение ногой приведет к удару или повороту паса не в направлении справа налево, а в направлении слева направо.
Почему это? Буш говорит, что это связано с тем, как поверхность шара создает движение в «пограничном слое» между вращающимся шаром и воздухом.
Чем грубее мяч, тем легче создать учебную версию эффекта Магнуса с положительным знаком: мяч изгибается в ожидаемом направлении.«Пограничный слой может быть ламинарным, то есть плавным, или турбулентным, и в этом случае возникают водовороты», — говорит Буш. «Пограничный слой меняется с ламинарного на турбулентный в разных точках в зависимости от того, как быстро вращается шар. То, где возникает этот переход, зависит от шероховатости поверхности, сшивки шара.
Если вы измените рисунок панелей, переход точки перемещаются, и распределение давления изменяется ». Тогда эффект Магнуса может иметь «отрицательный» знак.Из Бразилии: «Голубь без крыльев».Если обращение эффекта Магнуса в значительной степени ускользнуло от обнаружения, конечно, это потому, что футбольные мячи не совсем гладкие — но они движутся в этом направлении на протяжении десятилетий.
В то время как другие виды спорта, такие как бейсбол и крикет, имеют строгие правила в отношении вышивки мяча, в футболе их нет, а достижения в области технологий в значительной степени сделали мячи более гладкими и гладкими — по крайней мере, до появления Brazuca.Однако на самом деле в этой истории есть немного больше, поскольку иногда игроки будут бить по мячу, чтобы дать им очень мало вращения — эквивалент кастетбола в бейсболе. В этом случае мяч непредсказуемо порхает из стороны в сторону. У бразильцев для этого есть название: «помбо сем аса» или «голубь без крыльев».
В этом случае Буш говорит: «Своеобразное движение колеблющегося свободного удара возникает из-за того, что точки перехода пограничного слоя на противоположных сторонах мяча разные». Поскольку у мяча нет начального вращения, движение окружающего воздуха в большей степени влияет на полет мяча: «Мяч, который сгибается… движется в соответствии с распределением давления, которое постоянно меняется».
Действительно, штрафной, который Пирло выполнил в субботнем матче Италии с Англией, обманул вратаря, но попал в перекладину, продемонстрировал такое действие.Собственный интерес Буша к этому предмету проистекает из того, что он всю жизнь был футболистом и фанатом — из тех, кто, сидя в своем офисе, будет вызывать отрывки с лучшими игроками, исполняющими штрафные, которых он видел. К ним относятся Жуниньо Пернамбукано, бразильский полузащитник, игравший на чемпионате мира 2006 года, и Синиша Михайлович, сербский защитник 1990-х годов.И Буш с радостью разыгрывает отрывок знаменитого штрафного удара бразильского защитника Роберто Карлоса в матче 1997 года против Франции, в котором игрок использовал внешнюю сторону левой ноги, но применил «положительный» эффект Магнуса, чтобы забить при возмутительно изгибе. штрафной удар.
«Это был, безусловно, лучший штрафной удар, когда-либо выполнявшийся», — говорит Буш. Надев на мгновение шляпу профессора, он добавляет: «Я думаю, что важно побуждать людей пытаться понять все.
Даже в самых банальных вещах есть тонкая и интересная физика».Видео: http://math.mit.edu/~bush/?p=492