• Город
  • Люди
  • Еда
  • Культура
  • Путешествия
  • Наука и технологии
  • Колонки
  • Показаны результаты для: Array


  • Для начала, взгляните на это, ставшее уже легендарным видео. 1997 год, блестящая Бразильская сборная по футболу, за год до фееричного разгрома от Франции в финале Чемпионата Мира-1998, получает право на исполнение штрафного удара с расстояния почти 35 метров от ворот. К мячу подходит Роберто Карлос, тщательно ставит мяч, исполняет дикий разбег и бьет внешней стороной стопы. Мяч, летевший, казалось бы, мимо ворот, вдруг делает дугу в воздухе и попадает в ворота ошарашенного Бартеза.


    Вот как выглядела примерная тракетория полета мяча сверху:

    Image title

    Данный удар – самый яркий пример использования закрутки мяча, им пользуются многие футболисты, а в свое время прославили подобные удары великие Диди и Валерий Лобановский - при исполнении ударов под названием «сухой лист» (девушки и неувлекающиеся футболом люди – простите за обилие странных имен, в футбол надо было играть :-)).

    Ну что, перейдем от футбольной ностальгии к адекватному, простому научному объяснению – в чем магия удара Роберто Карлоса?

    Итак, представим себе мяч, который летит со скоростью 10 метров в секунду и не вращается. В таком случае, все точки мяча будут двигаться относительно окружающего воздуха со скоростью 10 м/с.

    Image title

    Теперь сотавляем скорость движения мяча такой же, 10 м/с, но добавляем вращение. Теперь внимание! Крайние точки мяча получают свою дополнительную скорость за счет вращения. Пусть она будет равна 1 м/с. Тогда один край мяча будет двигаться медленнее относительно воздуха – со скорстью 9м/с, а другой край мяча будет двигаться быстрее – 11 м/с. 

    Если два противоположных края мяча движутся со скоростью 9 и 11 м/с относительно воздуха, то можно сказать и обратное. Воздух обтекает мяч с одной стороны со скоростью 9 м/с, а с другой стороны – со скоростью 11 м/с. По принципу товарища Бернулли, чем быстрее поток воздуха – тем меньше давление, и наоборот. В результате, на одну сторону мяча давление увеличивается, а на другую – уменьшается. И мяч начинает смещаться в сторону меньшего давления, то есть отклоняется от прямой линии полета. Данный эффект был назван эффектом Магнуса, в честь немецкого физика, впервые описавшего данный эффект.

    Image title

    Но тогда почему все крутящиеся мячи не летают так, как у Роберто Карлоса? Тут дело вот в чем.

    Во-первых, быстролетящий мяч будет имеет меньшее сопротивление, чем медленно летящий мяч. Если мяч летит достаточно медленно и не вызывает возмущений в воздушном пространстве вокруг себя, то воздух плавно огибает его в так называемом «ламинарном» режиме (опустим здесь физические пояснения про чило Рейнольдса). Сзади мяча образуется разряженная область, которая как бы «засасывает» мяч и довольно сильно тормозит его. Если же мяч будет лететь быстро, в так называемом «турбулентном» режиме и будоражить воздух вокруг себя, то сзади мяча будут образовываться завихрени, которые не дают «вакууму» сзади мяча тормозить его. В итоге, на медленно летящий мяч оказывается большее сопротивление, чем на быстролетящий. Кстати, именно для создания турбулентности и делаются «ямки» в мячике для гольфа – без этих ямок гольфовые мячи пролетали бы до двух раз меньшее расстояние при аналогичной силе удара.

    Image title

    Во-вторых, еще в 1976 году в Imperial College (Имперский Колледж Лондона) с помощью экспериментов было доказано, что при одинаковой скорости вращения, медленно летящий мяч будет отклоняться от траектории сильнее быстролетящего. Французские ученые в 2010 году даже успешно смоделировали данный процесс. Они показали, что в идеале медленнолетящий и вращающийся с постоянной скоростью мяч будет двигаться по спирали. Эти исследователи даже вычислили размеры спирали полета мяча для разных видов спорта. В реальности, согласно данному исследованию, быстролетящие мячи, да к тому же еще теряющие силу вращения, проходят лишь пол-витка спирали.

    Image title

    Объединяя вышесказанное в общую картинку, получаем разгадку удара Роберто Карлоса:

    1) Штрафной удар был назначен достаточно далеко от ворот, чтобы траектория успела изогнуться.

    2) Удар был большой силы, в результате чего сопротивление мяча первые метров 10 было низкое и он летел по прямой.

    3) Было сообщено сильное вращение. В результате, когда в середине пути перешел в ламинарный режим и стал значительно тормозить, эффект Магнуса усилился и стал отклонять траекторию.

    4) Дальнейшее замедление мяча, при все еще быстром вращении, продолжало искривлять траекторию, пока мяч не влетел в ворота.

    Кстати, если придать мячу вращение не параллельное, а перпендикулярное полю, то мяч будет делать резкую «горку» в воздухе, быстро теряя высоту при подлете к воротам, дезориентируя вратаря (извини, Криштиану Роналду, за раскрытие и твоего секрета тоже :-)).

    И напоследок – насладитесь мегаподборкой «искривленных ударов»



    В статье использованы следующие материалы:

    Журнал «Техника - Молодёжи»

    G. Dupeux, A. Le Goff et al., The spinning ball spiral


    обсуждение
    Читать по этой теме