‘Невозможная’ цель футбола, объясненная новым поворотом на физике Curveball

Футбольный матч Франции с Бразилией 3 июня 1997 был особенно незабываем. В заключительные моменты первого раунда Tournoi de France — настройки для чемпионата мира в следующем году — бразильский игрок Роберто Карлос, выигранный, что стало известным как невозможная цель. Стоя в 35 метрах от сети, он пнул футбольный мяч до сих пор вправо, который вратарь, Фабьен Бартез, даже не перемещал для блокирования ее. Но в воздушном пространстве, шар внезапно и существенно образовал дугу вниз и налево, приземлившись только в сети и заработав очко, закончившее матч вничью.

Как мог шар, очевидно летающий до сих пор от отметки — и отправка болл-боя, который нигде не был около цели, ныряющей для покрытия — внезапно делают такую сногсшибательную смену курса? Для обнаружения, исследователи в Политехнической школе в Палезо, Франция и Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles в Париже, расширили их эксперименты на поведении снарядов в жидкостях для включения физики спортивных шаров. Вместо того, чтобы качаться на поле для гольфа или пнуть на футбольном поле, они использовали переносную рогатку для увольнения крошечных пластмассовых шаров в резервуар воды. Вода значительно упростила логистику: Это влияло на снаряды тем же путем, воздух влияет на большие шары, но в масштабе сантиметров.

Используя быстродействующую фотографию и компьютерные модели, бригада нашла, что крошечные шары вели себя удивительно как невозможный удар Карлоса. Когда выпущено, они первоначально пронеслись через воду в прямой линии. Но в нескольких миллисекундах, они образовали дугу от курса.

Часть этого поведения происходит из-за известного явления, названного результатом Магнуса. Рогатка с силой посылает мяч вперед, но также и посылает его прядущий на перпендикуляре оси к его направлению движения. Как скорости шара через жидкость, ее поверхность вращения тянет жидкость с ним, ускорение поток жидкости мимо одной стороны сферы и замедления это на другом. Поскольку давление жидкости уменьшается, когда его скорость увеличивается, та разность оборотов создает толчок к стороне быстрее движущейся жидкости и заставляет шар переместиться в нежную дугу. Результат объясняет curveballs бейсбола.

Но сопротивление от окружающей среды также замедляет шар, значительно не влияя на его вращение или результат Магнуса. В результате изгиб пути становится более трудным и более трудным, в конечном счете формируя спираль вместо простой изменчивой дуги.

На основе экспериментов бака для воды исследователи создали уравнение для описания точно, что произошло с пластмассовыми шарами. Путем включения множества факторов, включая оригинальный заголовок, плотность и скорость, они могли предсказать траекторию любого сферического объектного выстрела в воду, они сообщают онлайн сегодня в Новом Журнале Физики.

Относившийся удар Карлоса, эксперименты показали, что он «мог только сделать этот замечательный выстрел, потому что он был достаточно далек от цели», объясняют физик и соавтор Дэвид Кр. По существу расстояние Карлоса и чрезвычайно сильный удар — приблизительно 130 километров в час — дали шару достаточно высокую скорость для продвижения его далеко от цели, прежде чем результат Магнуса вступил во владение и послал его прядущий в сеть. Результат не замечен так же существенно на других спортивных состязаниях, таких как бейсбол и теннис, потому что расстояние между питчером и отбивающим или между этими двумя теннисистами намного короче. Основной момент исследования, Кр говорит, то, что «оборот может использоваться для [ведения] траектории снаряда умным и предсказуемым все же удивительным способом».

Это — влиятельная и соответствующая газета, демонстрирующая, как гидроаэромеханика может использоваться в качестве описательного и прогнозирующего инструмента, говорит жидкость dynamicist Эндрю Макковского из Корнелльского университета. «Существование спирального пути является новым», говорит он, «и их объяснение явления вероятно».

*Эта история была исправлена для решения двусмысленности в описании силы Магнуса.

Добавить комментарий