Διαγώνισμα στη Φυσική (του ποδοσφαίρου)

Πόση Φυσική ξέρουν άραγε ο Αγγλος Ντέιβιντ Μπέκαμ, ο Ιταλός Τζιανλουίτζι Μπουφόν ή ο Βραζιλιάνος Ρομπέρτο Κάρλος; Αγνωστο, και είναι μάλλον αργά για να το μάθουμε. Αλλά αυτά που κάνουν οι μεγάλοι ποδοσφαιριστές στη διάρκεια του αγώνα αποδείχθηκε μέσα από τις έρευνες διαφόρων εργαστηρίων ότι πολλές φορές είναι σαν να γνωρίζουν και να εφαρμόζουν άψογα τους νόμους της Φυσικής. Μπορούμε όμως να πούμε ότι το ποδόσφαιρο έχει γίνει ένα άθλημα τόσο υψηλών προδιαγραφών αλλά και τέτοιας οικονομικής απόδοσης, που δεν αρκεί η διαίσθηση των μεγάλων παικτών. Χρειάζεται και η βοήθεια της προχωρημένης έρευνας ώστε μια μεγάλη ομάδα να αποκτήσει προβάδισμα απέναντι σε μιαν άλλη. Οι παρακάτω επτά ερωτήσεις και απαντήσεις δίνουν μόνο μια ιδέα για το πόσο η επιστήμη έχει μπει στο ποδόσφαιρο και πόσο μπορεί να βοηθήσει.

1. Τι συμβαίνει σε μια μπάλα όταν αυτή βρεθεί στον αέρα ύστερα από την κλωτσιά ενός ποδοσφαιριστή;

H μπάλα στον αέρα «αισθάνεται» να της ασκούνται δύο δυνάμεις. Μία δύναμη λόγω της τριβής με τον αέρα, αντίθετη προς την τροχιά της και, αν έχει φάλτσο, μια κάθετη προς την πορεία της. H δύναμη λόγω τριβής εξαρτάται από το τετράγωνο της ταχύτητας, δηλαδή αν διπλασιαστεί η ταχύτητα της μπάλας σε σχέση με τον αέρα ή η ταχύτητα του αέρα, τετραπλασιάζεται η δύναμη της τριβής. Τα μόρια του αέρα μπορούμε να φανταστούμε ότι, όπως έρχονται σε επαφή με την επιφάνεια της μπάλας, λόγω των μικρών αλλά πολυπληθών κρούσεων που συμβαίνουν, την επιβραδύνουν ενώ και εκείνα φεύγουν κάπως από την κανονική τους πορεία. Μπορούμε μάλιστα να σκεφτόμαστε ότι έχουμε τριβή εξαιτίας της κατάστασης στην οποία βρίσκεται η επιφάνεια της μπάλας και τριβή εξαιτίας του προφίλ που παρουσιάζει καθώς κινείται μέσα στον αέρα.

2. Τι ρόλο παίζουν στην πορεία της μπάλας αυτές οι τριβές με τον αέρα;

Αν η ταχύτητα της μπάλας είναι μικρή, ο αέρας δημιουργεί ένα λεπτό στρώμα γύρω της αλλά η ροή του δεν διαταράσσεται πολύ και έχει ένα ειδικό όνομα, λέγεται νηματώδης ροή. Αν έχει μεγάλη ταχύτητα, τότε στο πίσω μέρος έχουμε στροβιλώδη ροή, δηλαδή καθώς κινείται δημιουργούνται στρόβιλοι αέρα των οποίων η κινητική ενέργεια αφαιρείται αντίστοιχα από αυτήν της μπάλας. Εχει παρατηρηθεί ότι αν η ταχύτητα της μπάλας δεν είναι μεγάλη, τότε έχουμε τριβή που καθορίζεται πιο πολύ από την επιφάνειά της, ενώ σε ταχύτητες μεγαλύτερες από 10 μέτρα το δευτερόλεπτο έχουμε στροβιλώδη τριβή λόγω του προφίλ της, που είναι μεγαλύτερη από την προηγούμενη. Αρα οι αργές μπαλιές επιβραδύνονται, χάνουν δηλαδή πιο γρήγορα την ταχύτητά τους, ενώ οι δυνατές και κυρίως τα σουτ προς την εστία με ταχύτητες π.χ. 36 μέτρα το δευτερόλεπτο δεν χάνουν τόσο πολύ την ταχύτητά τους. Αυτό είναι κάτι που κάνει τη ζωή ενός τερματοφύλακα ακόμη πιο δύσκολη αφού δεν φτάνει ότι η μπάλα από ένα γερό σουτ έρχεται με μεγάλη ταχύτητα αλλά τη χάνει και πιο δύσκολα. Αρα και από μακριά μπάλες που ταξιδεύουν με μεγάλη ταχύτητα είναι επικίνδυνες, και αυτό οι έμπειροι τερματοφύλακες το έχουν καταλάβει.

3. Τι γίνεται όταν προσπαθούμε να δώσουμε φάλτσο στην μπάλα και να ξεγελάσουμε τους αντιπάλους στο τείχος και στο τέρμα;

Αυτό που λέμε φάλτσο είναι ένα φαινόμενο με το οποίο έχουν ασχοληθεί διάσημοι επιστήμονες από τον 19ο αιώνα ακόμη. Το 1852 ο Γερμανός Γκούσταβ Μάγκνους κατάλαβε και εξήγησε και στους άλλους ότι ένα αντικείμενο που προχωρεί μέσα σε ένα ρευστό, υγρό ή αέριο, και ταυτόχρονα περιστρέφεται, δέχεται και μια δύναμη κάθετη προς την πορεία του. Ο Μάγκνους κατάλαβε ότι αν έχουμε μια μπάλα που έχει φάλτσο στη μια πλευρά της, τα μόρια του αέρα θα κινούνται αντίθετα από ό,τι η επιφάνεια της μπάλας και λόγω της επαφής των δύο αυτά θα επιβραδύνονται, θα έχουν δηλαδή μικρότερη ταχύτητα από ό,τι τα άλλα στην εκ διαμέτρου αντίθετη πλευρά όπου θα κινούνται με την ίδια φορά που περιστρέφεται και η μπάλα. Υπάρχει όμως ένας πολύ βασικός νόμος, ο νόμος του Μπερνούλι που λέει, ότι σε ένα ρευστό στις περιοχές με μεγαλύτερη ταχύτητα έχουμε μικρότερη πίεση και αντίστροφα. Αυτόν τον νόμο όλοι μας τον έχουμε ανακαλύψει όταν, θέλοντας να αυξήσουμε την ταχύτητα με την οποία πετάγεται το νερό από το σωλήνα του ποτίσματος, τον πιέζουμε και ελαττώνουμε κάπως το άνοιγμά του. Γυρίζοντας πίσω στη φαλτσαριστή πορεία της μπάλας αφού θα υπάρχει διαφορά πίεσης σε δύο σημεία, αυτή καθώς περιστρέφεται θα κινηθεί ταυτόχρονα προς τα εκεί όπου υπάρχει μικρότερη πίεση. Ετσι, ένα σουτ με φάλτσο δεν ακολουθεί ευθύγραμμη πορεία αλλά καμπύλη, οπότε μπορεί να περάσει δίπλα ή πάνω από ένα τείχος και μετά να πάει μέσα στο τέρμα.

4. Πόσο βοηθάει τους τεχνίτες παίκτες η καινούργια μπάλα Teamgeist που θα χρησιμοποιηθεί στη Γερμανία;

Σε ένα σουτ από 30 μέτρα, με την μπάλα να μένει στον αέρα περίπου 1 δευτερόλεπτο με ταχύτητα 25 ως 30 μέτρα το δευτερόλεπτο και με φάλτσο που της έχει δώσει 8 με 10 στροφές το δευτερόλεπτο ενώ αυτή ζυγίζει 410-450 γραμμάρια, η δύναμη λόγω της διαφοράς πίεσης θα είναι κάπου 3,5 Νιούτον, που σημαίνει ότι μπορεί η απόκλιση από την ευθεία να φθάσει τα 4 μέτρα. H νέα μπάλα με το όνομα «Ομαδικό Πνεύμα», κατασκευής Adidas, έχει ακόμη πιο λεία επιφάνεια, είναι ακόμη πιο στρογγυλή και κυρίως έχει περιοριστεί το συνολικό μήκος των ραφών από 400 σε 340 εκατοστά. Αυτό επιτρέπει πιο συχνά το πόδι να συναντά λεία επιφάνεια και όχι ραφή, άρα καλύτερα φάλτσα, άρα πιο τεχνικά σουτ δυσκολεύοντας πολύ περισσότερο τους τερματοφύλακες. Ετσι ο Ρομπέρτο Κάρλος ή ο Ζουνίνιο αν αντί για ευθύγραμμο σουτ θελήσουν να περάσουν με φάλτσο την μπάλα πάνω από το τείχος καθώς αυτή θα χάνει ταχύτητα αλλάζοντας τη ροή από στροβιλώδη σε νηματώδη, ξαφνικά θα παρουσιάσει επιβράδυνση με συνέπεια μια απρόβλεπτη πορεία και ξεγέλασμα του τερματοφύλακα.

5. Τι ρόλο μπορεί να παίξει ο αγωνιστικός χώρος;

Είναι γνωστό και από το τένις ότι στο χορτάρι η μπάλα αναπηδά πιο γρήγορα από ό,τι στο χώμα. H μεγάλη αλλαγή στη συμπεριφορά της πάντως σημειώνεται όταν έχει βραχεί. Τότε το φάλτσο πιάνει πιο δύσκολα και οι τεχνίτες παίκτες σκουπίζουν την μπάλα με τη φανέλα τους. Αντίθετα κάποιοι από τους αμυνόμενους πριν από την εκτέλεση ενός επικίνδυνου φάουλ φτύνουν την μπάλα. H καινούργια μπάλα που χρειάστηκε τρία χρόνια σχεδίασης και δοκιμών έχει και ένα αφρώδες στρώμα γεμάτο με μικροκύτταρα πλήρη από αέριο, και αυτό, υποτίθεται, κάνει καλύτερη την επαφή με το πόδι του ποδοσφαιριστή αρκεί να είναι σωστά φουσκωμένη.

6. Πόσο επηρεάζεται η ταχύτητα της μπάλας από το πόσο είναι φουσκωμένη;

Οσο λιγότερο φουσκωμένη είναι μια μπάλα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος επαφής με το πόδι του ποδοσφαιριστή. Αρα και η απώλεια κινητικής ενέργειας σε αυτόν τον χρόνο, που καταναλώνεται στο να παραμορφωθεί η μπάλα. Οσο πιο φουσκωμένη άρα όσο πιο άκαμπτη, τόσο πιο πολλή είναι η κινητική ενέργεια που παίρνει από το πόδι του ποδοσφαιριστή, άρα και η ταχύτητα αφού η μάζα της δεν αλλάζει.

7. Πώς μπορούν οι δυσαρεστημένοι θεατές να κάνουν κακό στον διαιτητή που αδικεί την ομάδα τους;

Αν είναι ημέρα με ήλιο να έχουν καθρεφτάκια και με αυτά να συγκεντρώσουν τις ακτίνες του ηλίου μόλις σταθεί κάπου και να τον κάψουν ζωντανό! Αν είναι βράδυ ή συννεφιά ίσως, συγκεντρώνοντας δέσμες ακτίνων λέιζερ σε κρίσιμο σημείο του σώματός του. H επιστήμη προς το παρόν σηκώνει τα χέρια ψηλά.