04.09.2010

Физики разгадали секрет гола Роберто Карлоса

Французские ученые раскрыли секрет гола, пропущенного национальной сборной в ходе товарищеского матча с Бразилией 3 июня 1997 года. В том матче бразильский защитник Роберто Карлос забил мяч, признанный лучшим голом года. Он выполнял штрафной с 35 метров крученым ударом. Съемка этого эпохального гола зафиксировала, как мяч уверенно летел мимо створа ворот, но неожиданно изменил направление и, угодив в штангу, влетел в сетку.

Растерявшийся тогда вратарь Фабьен Бартез теперь может понять, что произошло с мячом. Потому что группа французских ученых под руководством Гийома Дюпе из Парижского института физики и механики гетерогенных структур опубликовала исследование, описывающее движение вращающихся сфер в сплошной среде.

Физики экспериментировали с закрученным шаром размером в несколько миллиметров, двигающимся в воде. При этом плотность шара была подобрана примерно соответствующей плотности воды (шарик делали из полипропилена или полиформальдегида).

Ученые знали, что отклонение шара от прямолинейной траектории определяется давно известным эффектом Магнуса, описанным еще в XIX веке.

Эффект Магнуса был впервые обнаружен при изучении вращающихся артиллерийских снарядов. Подъемная сила, действующая со стороны воздуха, отклоняет снаряд от линии прицела. В меньшем масштабе эффект можно наблюдать на летящем футбольном или теннисном мяче, который отклоняется в сторону, если при ударе он получил вращение. Направлена поперечная сила всегда от той стороны вращающегося тела, на которой направление вращения и направление потока противоположны, к той стороне, на где эти направления совпадают.

Физики экспериментировали с закрученным шаром размером в несколько миллиметров, двигающимся в воде. При этом плотность шара была подобрана примерно соответствующей плотности воды (шарик делали из полипропилена или полиформальдегида). Целью работы было математическое описание семейства траекторий, по которым движутся закрученные сферы. Оказалось, что шар, попадая в ванну с водой, сразу начинает двигаться по закрученной спирали. Причем, кривизна этой спирали не остается постоянной. В начале движения шар описывает классическую экспоненциальную спираль, однако ее закрученность начинает расти с замедлением вращения. Такую траекторию физики сравнили с закрученной раковиной улитки. «На футбольном поле мы наблюдаем что-то похожее на эту спираль, однако притяжение Земли вносит свои поправки», — пояснил соавтор исследования Кристоф Клане. «Но если вы ударите достаточно сильно, как сделал это Карлос, вы уменьшите эффект гравитации», — добавил ученый.

Ключевым обстоятельством для реализации подобных голов физики считают расстояние до цели. «Если расстояние мало, вы увидите лишь первую часть спирали. Но если дистанция велика, как в случае с Карлосом, можно наблюдать и всю траекторию», — отметил Клане.

Ученые оценили подобный аэродинамический эффект и на другие виды спорта, зная характерные плотности и скорости мячей, и характерные размеры соответствующих «полей». Оказалось, что движение мячей в настольном и большом теннисе гольфе в большей степени определяется аэродинамическими силами. В баскетболе и гандболе главный фактор – сила притяжения земли. И те, и другие силы одинаково важны в футболе, волейболе и бейсболе.

Павел Котляр

Источники:

1. infox.ru