Навіщо спортсмени «закручують» м’яч
Футболіст під часу удару по м’ячу може надати йому обертання будь-якої сили з якою завгодно орієнтацією в просторі. Сильне обертання стабілізує потоки повітря навколо нього, що в свою чергу стабілізує траєкторію руху. Так має бути, але не завжди, на м’яч, крім сил тяжіння та опору повітря, починає інколи діяти третя сила – яка має назву «сила Магнуса», яка є наслідком «ефекту Магнуса». Названа вона в честь свого відкривача, німецького фізика Генріха Магнуса. Саме він в 1852 р., детально описав її ефект, спостерігаючи за рухом снарядів, які відхилялись від своєї початкової траєкторії. Хоча, про неї знали й раніше. Навіть Ісаак Ньютон ще в 1672 році детально визначив її причини виникнення, помітивши її наявність при грі в теніс.
Як це працює? «Закручений» м’яч при обертанні навколо своєї осі захоплює за собою повітря, створюючи завихрення. З одного боку – рух вихру співпадає з напрямком руху м’яча, протилежна сторона – навпаки, має протилежний за вектором напрям. Тому загальна швидкість при векторному додаванні с однієї сторони – збільшуються, з іншої – зменшується. Із закону Бернуллі маємо, що різні швидкості дають – різні тиски. Тобто з’являється аеродинамічна сила, схожа до підіймальної сили літака, яка напрямлена в сторону більшої швидкості, тобто меншого тиску. М’яч в результаті починає рухатися по «закрученій» траєкторії.
Таким чином футболісти «закручуючи» м’яч змінюють його майбутню траєкторію для подолання перешкод. Варто зазначити, що поки швидкість м’яча велика, він рухатиметься майже прямолінійно, адже турбулентні потоки навколо нього та мала сила опору допомагають рухатися по прямій. Але рух зміняється, якщо поступальна швидкість зменшується, в цей момент починає працювати «ефект Магнуса», що заставляє м’яч летіти по дузі. І по мірі зменшення швидкості, кривизна збільшується, тобто м’яч все більше старається «закрутитися» в сторону. Збоку це виглядає наступним чином: спочатку футбольний м’яч летить прямолінійно, а далі різко повертає. Напрям повороту вибирає футболіст, все залежить в який біг він розкрутить його, для чого потрібна неабияка вправність.
Розрахунки показують що при швидкості м’яча в 30 м/с та обертовій частоті 10 об/с, сила Магнуса становить 3.5 Н. Тобто м’яч з масою 0.45 кг, пролетівши 30 м при такій швидкості, відхилиться від своєї траєкторії на цілі 4 м., що досить багато.
Переглядаючи футбольні матчі ми не раз спостерігали подібні прийоми. Найбільш відомий гол такого типу – це штрафний удар Роберто Карлоса в матчі Бразилія – Франція в 1997 р. Футболісту вдалось закрутити м’яч проти часової стрілки з такою силою, що його траєкторія стала неочікуваною для всіх. М’яч обійшов «стінку» і самого воротаря, який від здивування не встиг навіть зорієнтуватися, що йому робити.
Ще один цікавий «кручений» удар футболістів має назву «сухий лист». Він ідеально підходить для забивання голів під часу подачі кутових. Траєкторія такого м’яча має форму спіралі. Спочатку м’яч «скручується» вгору, потім в протилежну сторону від гравців, а далі різко закручується в ворота. Звичайно, що маніпулювати таким «крученим» м’ячем це ціле мистецтво. Наприклад, в випадку «сухого листа», обертальних рух створюється під деяких кутом до горизонту. Для інших випадків, кути інші, як і напрям кручення, адже все індивідуально.
«Кручений» м’яч – дуже ефективна «зброя» футболіста, але щоб оволодіти цим чудовим методом треба не лише багато тренуватися і бути вправним спортсменом, але і дуже добре розуміти фізику.
