Futbolo kamuolys, skriedamas oru, paklūsta įvairiems fizikos dėsniams. Nuo elektronų sukinio poveikio medžiagoms iki aerodinaminių jėgų, veikiančių kamuolio trajektoriją, kiekvienas aspektas turi įtakos jo skrydžiui. Šiame straipsnyje panagrinėsime įvairius fizikos aspektus, lemiančius futbolo kamuolio judėjimą ore.
Sukinio poveikis elektronų judėjimui
Elektronai, tarsi maži vilkeliai, nuolat sukasi aplink savo ašis. Šis sukinys tam tikrose medžiagose gali turėti didelį poveikį elektronų judėjimui. Įprastinėje elektros srovėje judančių sukinio „į viršų“ ir „į apačią“ elektronų skaičius yra vienodas. Tačiau, kai elektronai pakeičia kryptį, jie pasiekia medžiagos pakraščius ir nebegali judėti toliau. Šis reiškinys žinomas kaip klasikinis sukinio Halo efektas, kurį kvantinė mechanika papildo dramatišku posūkiu.
Kvantinės mechanikos požiūriu, keliaujančių elektronų bangų prigimtis išdėsto juos į tvarkingus kanalus mėginio pakraščiuose. Kiekviename pakraštyje susiformuoja du elektronų pernešimo kanalai: vienas - sukinio „į viršų“, kitas - sukinio „į apačią“ elektronams. Naujausi tyrimai rodo, kad šie egzotiški kvantinio sukinio Halo efekto pėdsakai yra visur aplink mus.
Vientisoje terpėje, tokioje kaip oras, sukinys yra lygus nuliui. Tačiau modernioje fizikoje medžiagos gali būti apibūdinamos ir kaip bangos, ir kaip dalelės. Pavyzdžiui, Maxwello teorijoje šviesa yra elektromagnetinė banga. Dar daugiau, šio sukinio kryptis priklauso nuo bangos krypties paviršių sandūroje. Tai svarbu, nes jau buvo atlikta daug eksperimentų, demonstruojančių sąveiką tarp šviesos sukinio ir jo sklidimo krypties. Sukinio sąveikos efektas atveria naujų galimybių manipuliuoti šviesa nanoskalėje.
Aerodinaminės jėgos, veikiančios futbolo kamuolį
Futbolo kamuolio skrydžiui ore įtakos turi kelios aerodinaminės jėgos:
Taip pat skaitykite: Kodėl lavinamasis futbolo kamuolys naudingas?
Pasipriešinimo jėga: Tai jėga, veikianti priešinga kryptimi kamuolio judėjimui, kurią sukelia oro pasipriešinimas. Pasipriešinimo jėga priklauso nuo kamuolio formos, dydžio ir greičio, taip pat nuo oro tankio.
Keliamoji jėga (Magnuso efektas): Kai futbolininkas užsuka kamuolį smūgio metu, jis pradeda suktis ore. Sukimasis sukuria slėgio skirtumą tarp kamuolio pusių. Pusėje, kur sukimosi kryptis sutampa su oro srautu, slėgis sumažėja, o kitoje pusėje, kur sukimosi kryptis priešinga oro srautui, slėgis padidėja. Šis slėgio skirtumas sukuria keliamąją jėgą, vadinamą Magnuso efektu, kuri nukreipia kamuolį nuo tiesios trajektorijos.
Gravitacija: Tai natūrali jėga, traukianti kamuolį žemyn. Gravitacija veikia vertikaliai ir nuolat traukia kamuolį link žemės, todėl jo trajektorija tampa parabolinė.
Idealaus smūgio formulė
Liverpulio universiteto mokslininkai išvedė idealaus smūgio iš 11 metrų nuotolio formulę, išanalizavę didelės raiškos kamerų duomenis. Pagal šią formulę, futbolininkas turi pasiųsti kamuolį į vartų viršutinį kampą pusės metro nuo skersinio ir pusmetrio nuo virpsto atstumu. Kamuolys turi skrieti ne mažesniu kaip 104,5 km/val. greičiu, o jį paleisti reikia 20-30 laipsnių kampu. Įsibėgėti futbolininkui duodama ne mažiau kaip penki, bet ne daugiau kaip šeši žingsniai.
Vartininkų psichologija
Amsterdamo universiteto psichologų grupė išnagrinėjo 11 metrų baudinių pasaulio čempionatuose nuo 1982 iki 2010 m. Jie nustatė, kad vartininkai dažniau šoka į dešinę pusę. Šis fenomenas aiškinamas smegenų darbo ypatumais. Stresinėje situacijoje, kai žmogus yra motyvuotas siekti rezultato, pirmiausia suaktyvėja kairysis smegenų pusrutulis, kontroliuojantis dešinės kūno pusės judesius. Todėl vartininkas šoka į dešinę, ir tai sumažina jo šansus atmušti kamuolį.
Taip pat skaitykite: Futbolo kamuolio paveikslėliai vaikų kambariams
Kamuolio įmetimo iš šoninės linijos kampas
Specialistai nustatė, kokiu kampu žemės atžvilgiu turi judėti kamuolys, kad atsidurtų kuo toliau, kai jis įmetamas į aikštę nuo šoninės linijos. Gautasis skaičius - 20-35 laipsniai - prieštarauja fizikos dėsniams.
Futbolo rungtynių įtaka rinkimų rezultatams
2010 m. Stenfordo universiteto tyrinėtojai su kolegomis iš „Loyola Marymount" universiteto nustatė, kad futbolo mačų rezultatai daro įtaką rinkimų rezutatams. Mokslininkai įrodė, kad vietos komandos pergalė balsavimo išvakarėse populiariam kandidatui suteikia papildomus 1,6 proc. balsų.
Namų aikštės pranašumas
Aistruoliai ir patys sportininkai yra įsitikinę, kad žaisti savoje aikštėje visada yra geriau. 2013 m. mokslas patikrino šį teiginį. Ispanijos ir Portugalijos tyrinėtojai išanalizavo 111 tūkst, rungtynių, vykusių 2000 - 2010 m., rezultatus. Paaiškėjo, kad namuose futbolininkai išties žaidžia sėkmingiau - savo aikštėje komandos išlošia vidutiniškai 55,6 proc. rungtynių. 2010 m. mokslo tyrimo laboratorijos „Disney Research" mokslininkai išsiaiškino, kur slypi rungtynių namuose paslaptis. Naudodamiesi specialia kompiuterine programa specialistai nustatė, kur buvo kamuolys kiekvieną iš 380-ies 2010/2011 m. sezonų rungtynių sekundę. Paaiškėjo akivaizdus (aistruoliams) faktas: išvykose futbolininkai dažniau ginasi, nors namuose rungtyniauja dažniausiai varžovų aikštės pusėje.
Netikėtumo faktorius futbole
2006 m. specialistai iš Los Aslamo laboratorijos įvertino beveik 300 tūkstančių ledo ritulio, futbolo, krepšinio, amerikietiškojo futbolo ir beisbolo rungtynių rezultatus. Tradicinio futbolo rungtynių baigtis būna netikėta daug dažniau negu kitų komandinių žaidimų. Amerikietis chaoso teorijos specialistas Leonardas Mlodinovas teigia, kad jei komanda yra pakankamai stipri, kad laimėtų 55 proc. susitikimų, tikimybė, kad silpnesnė komanda vis dėlto laimės 7 rungtynių seriją, yra lygi maždaug 4 iš 10. Jeigu iš stipresnės komandos tikimasi pergalės, kurios tikimybė yra 2 iš 3, varžovai vis dėlto nugalės 7 rungtynių serijoje (tikimybė 1 iš 5 rungtynių).
Kaip nustatyti komandų kokybę?
Biomechanikos specialistai iš Šiaurės Vakarų universiteto Ilinojuje sugalvojo, kaip nustatyti komandų kokybę, neatsižvelgiant į simpatijas ir antipatijas. Norėdami objektyviai įvertinti, specialistai naudojo „grafus" - specialų metodą informacijai pristatyti, kuris „ištraukia" neakivaizdžius dėsningumus. Mokslininkai naudojo duomenis apie rezultatyvių smūgių ir tikslių perdavimų skaičių 2008 m. Europos čempionate.
Taip pat skaitykite: Futbolo kamuolio pasirinkimas