Ако топката е абсолютно гладка, ще лети в грешна посока

Физици изясниха как могат да накарат топката да лети като гълъб без крила.

Дузпите и корнерите, при които футболистите успяват да ритнат топката не по права, а по закръглена траектория, винаги привличат вниманието на запалянковците и ги карат да се възхищават на майсторството на играча.

Да вземем един от най-ефектните голове в историята на футбола, вкаран през 1997 година от бразилеца Роберто Карлош във вратата на французите.

Тогава Карлош изпратил топката от наказателната линия по крива дъга право във вратата, макар вратарят дори да не мръднал от място.

Мнозина тогава сметнали, че ударът противоречи на законите на физиката и попадението е било случайно.

На учените е известно, че ключов параметър, който отговаря за управляемостта на топката, е гладкостта на нейната повърхност. Топката „Джабулани“, чийто дизайн е разработен от компанията Adidas за световното през 2010 година, е била гладка.

Линиите на новата топка „Бразука“, с която се играе на тазгодишния мондиал, са по-удължени, което прави повърхността не толкова гладка и полета – по-предсказуем.

„Обтичането с въздух на топката е доста сложно и отчасти зависи от това колко груба е нейната повърхност. Ако топката е абсолютно гладка, тя няма да полети в нужната посока“, пояснява Джон Буш, професор по приложна математика от Масачузетския технологичен институт, който наскоро публикувал статия за динамиката на футболната топка.

„В грешна посока“ буквално означава, че абсолютно гладката и негладката топка, засилени с еднаква скорост, ще се отклонят в различни посоки.

Тук става дума не за случайност, а за ефекта на Магнус, който първи е описан още от Исак Нютон, наблюдаващ полета на топка за тенис.

Този ефект е свързан с това, че различните страни на въртящата се в насрещния поток въздух топка се обдухват с различни скорости. Но именно неравностите по нейната повърхност определят в каква посока ще се завърти траекторията на топката. Тъкмо на този фактор е посветено изследването на Буш „Аеродинамиката на прекрасната игра“.

„Ефектът на Магнус може да променя своя знак. Обикновено хората не възприемат този факт“, казва авторът на статията.

Причината е в това как въртящата се топка увлича въздуха в така наречения граничен слой. Колкото по-груба е повърхността на топката, толкова по-лесно е да се създаде класически ефект на Магнус и да се отклони завъртяната срещу часовниковата стрелка топка наляво.

„Граничният слой може да бъде ламинарен (без смесване), когато течението на въздуха е плавно, или турбулентен, когато се образуват вихри. Преходът между режимите зависи от това колко бързо е завъртяна топката. А това, къде се случва този преход, зависи от грубостта на повърхността, от това как е ушита топката. Ако промените модела на секциите, разпределянето на налягането се променя“, пояснява Буш.

Това, че обратният ефект на Магнус почти не се наблюдава във футбола, е свързано с факта, че топките никога не се правят абсолютно гладки. И ако в такива видове спорт като крикет и бейзбол формата на топката е строго определена, дизайнът на футболните топки постоянно еволюира.

Още един интересен ефект, разгледан в статията на Буш, възниква, когато футболистът рита топката с минимално въртене. В този случай топката може да лети, като се полюшва наляво-надясно. Бразилците наричат това pombo sem asa, или „гълъб без крила“.

Такова движение на топката, твърди Буш, възниква поради това, че смяната на режима на обтичане в граничния слой от двете страни на топката постоянно протича в различни точки. „Топката се движи съобразно разпределянето на налягането, което постоянно се мени“, казва изследователят.

Така летяла топката, ритната преди две седмици от италианеца Андреа Пирло в мача против англичаните. Неговият удар смутил вратаря, но топката се ударила в гредата.