Fizyka a lot piłki

Naukowe periodyki wciąż drukują artykuły poświęcone kinematyce i dynamice kopnięcia, optymalnej liczbie graczy, statystyce goli, a nawet analizują kształt i rodzaj meksykańskiej fali, którą kibice tworzą na trybunach. Ale creme de la creme tej gry, jedną z głównych przyczyn, dla której cieszy się ona niesłabnącym powodzeniem, jest nieprzewidywalne zachowanie podkręconej piłki, której lot zdaje się wyczyniać cuda i przeczyć zdrowemu rozsądkowi.
Próbował to zrozumieć około 1666 roku Izaak Newton, przypatrując się podkręconym piłkom tenisowym. Prawidłowe wyjaśnienie tego fenomenu podał dopiero w połowie XIX w. niemiecki fizyk Gustav Magnus. Piłka obracająca się wokół osi prostopadłej do kierunku lotu doznaje działania aerodynamicznej siły, która znosi ją w jedną stronę. Zbacza ona w tym samym kierunku, w którym się obraca, słowem – jak mawiał noblista i odkrywca elektronu sir Joseph John Thomson – „piłka podąża za swym nosem”.

Tzw. siła Magnusa ma tę samą naturę co siła nośna, która utrzymuje samolot w powietrzu. Jego skrzydła „zagarniają” strugi powietrza, odrzucając je w dół, a siła reakcji działa w przeciwną stronę. Podobnie dzieje się z wirującą piłką, która porywa za sobą przylegające do niej warstwy powietrza.

W internetowym serwisie YouTube.com do dziś wielką furorę robi fenomenalna bramka brazylijskiego lewoskrzydłowego Roberto Carlosa strzelona podczas towarzyskiego meczu z Francją w 1997 r. Słynący z supermocnego strzału i podkręcania Carlos wykonywał rzut wolny z ponad 30 m, mocno kopnął piłkę zewnętrzną częścią lewej stopy tak, że o prawie metr minęła mur Francuzów i zdawało się, iż poleci w trybuny (chłopak do podawania piłek, stojący wiele metrów od bramki, schylił się, by uniknąć uderzenia). Ale tuż za murem mocno skręciła i ocierając się o słupek wpadła do siatki obok zaskoczonego bramkarza, który nie ruszył się z miejsca.

Jak to możliwe? Lotem piłki rządzą trzy siły – grawitacja, opór powietrza i siła Magnusa. Dwie ostatnie są przy tym zależne od prędkości. Kiedy piłka leci szybciej niż 70 km/godz. (a najsilniejsze kopnięcia mogą jej nadać prędkość grubo powyżej 100 km/godz.), opływające ją powietrze zachowuje się turbulentnie i siła oporu może zmaleć nawet czterokrotnie. Dlatego przy bardzo silnych strzałach bramkarz może zostać zaskoczony tym, że piłka nie zwalnia w powietrzu tak, jak się tego spodziewał. Sprawę komplikuje jeszcze to, że opór powietrza zależy również od gładkości piłki oraz lepkości i gęstości powietrza. Dlatego na boiskach położonych wyżej nad poziomem morza, gdzie panuje mniejsze ciśnienie, opór jest mniejszy.

Natomiast siła Magnusa, dzięki której piłka zakręca, jest tym większa im wolniej leci piłka. Dowiódł tego w 1976 r. zespół Petera Bearmana z londyńskiego Imperial College, który przeprowadził serię eksperymentów z piłkami golfowymi. Wolno lecąca piłka dużo mocniej się odchyla niż tak samo podkręcona, ale szybsza.

Jeśli więc piłka zostanie odpowiednio uderzona, to w trakcie lotu może się krytycznie zmienić zarówno opór powietrza, jak i siła Magnusa,

Bądź pierwszy, który skomentuje ten wpis!

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.


*


Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.