Fizika és futball
Gustav Magnus német fizikus 1852-ben azon elmélkedett, vajon miért térnek el a pörgő lövedékek, puskagolyók egyik oldalra. Magyarázata mindenféle labdára igaz, így a futball-, tenisz- vagy golflabdára is. Tegyük fel, hogy a labda forgástengelye merőleges a légáramlás irányára. A labda középpontjához képest ekkor az egyik oldalon gyorsabban mozog a levegő, mint a másikon, az egyik oldalon tehát lecsökken, a másikon megnő a nyomás (Bernouilli-elv). Nyomáskülönbség lép fel a két oldal között, emiatt a pörögve repülő labda eltérül. Ha a labda sebessége 25-30 méter/másodperc és másodpercenként 8-10 fordulatot tesz meg, akkor 30 méteres távon négyméteres eltérülést okozhat a Magnus-effektus.
A levegőben repülő labdát fékezi a súrlódás. Az erőhatás a sebesség négyzetével nő, egy jól ismert képlettel kiszámítható. A képletben szorzótényezőként szerepel a súrlódási együttható, ennek nagysága viszont függ a labda felszínén fellépő légáramlás sebességétől. Bizonyos sebesség felett megváltozik az áramlási kép, a sima, ún. lamináris áramlás hirtelen kavarodóvá, turbulenssé válik. Az áramlási kép megváltozásában szerepet játszik a labda felszínének simasága is. Lassan mozgó futball-labdára viszonylag nagy fékezőerő hat. A gyorsan mozgó labdánál megjelenik a turbulens áramlás, ez a labda kevésbé lassul le. Szegény kapus helyzete egyre nehezebb: a Magnus-jelenség miatt nem egyenes vonalban jön feléje a labda, a turbulens áramlás miatt pedig a szokásosnál kevésbé lassul le.
A labda megpörgetéséhez általában külsővel vagy belsővel rúgják el a labdát, a tömegközéppontja irányába megrúgott labda egyenesen száll. A pörgés sebessége függ attól, hogy az elrúgáskor milyen a súrlódás a cipő és a labda között, nagyobb súrlódás gyorsabb pörgést eredményez. Az sem mindegy, hogy mennyi ideig érintkezik a cipő a labdával. Igazán trükkös röppálya akkor alakul ki, ha a keményen ellőtt labda körül először turbulens a légáramlás, kicsi a fékezőerő. Majd repülés közben a lassuló labda körül megváltozik az áramlás, felerősödik a fékező hatás. Ekkor tud igazán hatni az oldalra eltérítő Magnus-effektus, a labda a kapu felé kanyarodik. Ha a pörgés nem csökken le túlzottan, akkor a súrlódási együttható tovább növekszik, a lassú labdára még erősebben hat az elkanyarító erő.
Két japán kutató 1997-ben kezdett hozzá a szabadrúgások számítógépes modellezéséhez, a brazil Roberto Carlos csodálatos szabadrúgásának részleteit akarták feltárni, megérteni. Modellszámításaikban sok, itt nem említett részletet is figyelembe vettek, pl. a labda rugalmasságát, a talaj száraz vagy nedves voltát. Eredményeiket jó szabadrúgásokról készített gyors filmfelvételekkel vetették egybe.
Angol fizikusok vízszintes rúdra kötöttek futball-labdát, a rudat terepjáró autóra szerelték, majd repülőtéri betonon száguldva videóra vették a labda elmozdulását. A felvételekből kielemezték a súrlódás sebességfüggését. Szerintük a súrlódás nagyságát a bőrdarabok összeillesztésénél jelentkező kis horpadások határozzák meg.
Szintén angol egyetem munkatársai az ideális szabaddobás feltételeit kutatták. Filmre vették a dobásokat, a felvételekből kiszámították az eldobás sebességét és szögét. A tapasztalatok szerint a labda akkor repült a legmeszszebbre, ha a vízszinteshez képest 30 fokos szögben dobták el. Ez az adat viszont jelentősen eltér a fizika tankönyvek többségében közölt értékektől, a tankönyvek 45 fokot tartanak ideálisnak. A különbséget a labda megpörgetése okozza.
Finomabbnál finomabb hatásokat elemeznek a kutatók. Eredményeiket felhasználják a labda- és a cipőtervezők. A játékosok valószínűleg nem ismerik a fizikai jelenségek részleteit, ők gyakorlással alakítják ki a megfelelő technikát. A legnagyobbak csodálatos röppályára indítják a labdát. A szurkolók évekig emlegetnek egy-egy jól sikerült rúgást. A Physics Education angol folyóiratban erre gondolva javasolták, hogy Beckham szabadrúgásait elemezve tanítsanak fizikát.
