Nowy numer 3/2021 Archiwum

Niewidzialna noga fizyki

Piłka jest okrągła, a bramki są dwie – miał kiedyś powiedzieć nieżyjący już trener Górski. Być może reguły gry w piłkę nożną są rzeczywiście proste, ale fizyka stojąca za okrągłą piłką i dwoma bramkami wcale prosta nie jest.

Jak mocno kopnąć
Jednak samo nadanie spinu (wirowania) to nie wszystko. Piłka w locie musi mieć odpowiednią prędkość. Problem jest skomplikowany i związany z rodzajami przepływu powietrza wokół poruszającej się piłki. Może on być laminarny, czyli taki, w którym powietrze przepływa wokół obiektu w sposób kontrolowany czy przewidywalny, może być też turbulentny, czyli chaotyczny. Obydwa przypadki są zupełnie inne i wymagałyby osobnego omówienia. Zapominając jednak o przyczynach, a koncentrując się na efektach, można powiedzieć, że gdy prędkość piłki jest duża, siła Magnusa ma niewiele do powiedzenia. Nawet bardzo mocno podkręcona piłka będzie poruszała się po linii prostej. Gdy jednak piłkę podkręcić i kopnąć niezbyt mocno, wpływ siły Magnusa będzie bardzo duży, a sama piłka zacznie skręcać, w zależności od kierunku, w którym wiruje. I znowu utrudnienie dla bramkarza. Przecież on potrafi tylko z grubsza ocenić, czy piłka porusza się szybko czy wolno. Nie ma żadnych szans na przeliczenia czy analizę. Liczy się intuicja – jak chcą jedni, czy doświadczenie – jak mówią inni.

Gdyby bramkarz był fizykiem
Nawet jednak jeżeli piłka zostanie mocno kopnięta, bramkarz nie może być spokojny o tor jej lotu. Dla-czego? Przecież na szybko poruszającą się piłkę siła Magnusa miała nie działać, a ta miała lecieć jak po sznurku. Z pozoru tak, ale… Na lecącą piłkę działa siła oporu powietrza. To dokładnie to samo zjawisko, z jakim mamy do czynienia, jadąc na motorze albo wystawiając rękę za okno jadącego samochodu. Im prędkość jest większa, tym siła oporu większa. Ta zależność jest kwadratowa (powie fizyk), a więc jeżeli prędkość rośnie dwukrotnie, siła oporu zwiększa się czterokrotnie. Co to ma wspólnego z grą w piłkę nożną (ale także z grą w golfa, tenisa czy amerykański baseball)? Ano to, że piłka nawet bardzo mocno kopnięta, lecąc, zwalnia, bo powietrze stawia jej opór. W efekcie tak długo, jak się szybko porusza, jest „niewrażliwa” na zakrzywiającą jej tor siłę Magnusa, ale gdy jej prędkość spadnie, siła Magnusa zaczyna działać, a piłka zaczyna skręcać. Ta prędkość graniczna zależy od wielu czynników, w tym… wilgotności powietrza czy jego ciśnienia. W europejskich warunkach wynosi około 20 km/h. Powyżej tej prędkości ruch powietrza wokół wirującej w powietrzu piłki jest turbulentny, a poniżej tej prędkości staje się laminarny. Doświadczony strzelec potrafi dobrać prędkość piłki oraz nadać jej taką rotację, że piłka osiągnie „prędkość przełomową” w konkretnym, a nie przypadkowym momencie.

Tak właśnie było w przytoczonym na samym początku przykładzie Brazylijczyka Roberto Carlosa. Około 30 metrów od bramki kopnął piłkę z prędkością ponad 120 km/h i podkręcił ją do około 10 obrotów na sekundę. Piłka mknęła szybko, a więc po linii prostej. Ale powietrze stawiało opór. Po 10 metrach lotu piłka zwolniła tak, że turbulentny przepływ powietrza wokół niej zaczął zanikać i coraz bardziej przypominać laminarny. W efekcie do głosu zaczęła przychodzić siła Magnusa. Akurat w momencie, w którym mijała mur broniących bramki piłkarzy, piłka zaczęła zakręcać. Wszystko trwało maksymalnie 2 sekundy. Bramkarz nie miał żadnych szans.

« 1 2 »
DO POBRANIA: |
oceń artykuł Pobieranie..

Zobacz także

Wyraź swoją opinię

napisz do redakcji:

gosc@gosc.pl

podziel się