На пръв поглед физиката и спортът нямат нищо общо, но дали е така? Всъщност връзката между тях е много по-голяма, отколкото си мислите. Спортистите използват умело физичните закони, въпреки че може и да не ги разбират на теория.
Някога замисляли ли сте се защо училищният предмет се нарича физическо възпитание и спорт? Отговорът е много лесен. Спортът и физиката вървят ръка за ръка. Например в плуването водещ е законът на Архимед и законът за плаване на телата, но също много важни са и силите на триенето.
Физиката в спорта е една много обширна тема, но в настоящата статия ще се фокусираме върху това да разберем какво е ефектът на Магнус и защо е толкова важен за спортистите.
Ефектът на Магнус се използва във всички спортове с топка. Става въпрос за футбол, волейбол, тенис, голф, бейзбол и много други. При това явление въртящата се топка се отклонява перпендикулярно на посоката на неограничен поток от въздух или друг флуид (плазма, течност). Това отклонение се обяснява с разликата в налягането на флуида върху различните страни на въртящото се тяло. Във футбола ефектът на Магнус се наблюдава при фалцовите топки (тези, на които им е придадено въртеливо движение), най-често при изпълнение на пряк свободен удар. Феноменът е важен при изучаването на физиката на много спортове с топка.
Източник: https://www.scienceabc.com/pure-sciences/what-is-the-magnus-effect-swerve-ball-basketball.html
Топспинът в игрите с топка представлява въртене около хоризонтална ос, перпендикулярна на посоката на движение, което насочва горната част на топката така, че тя да се върти напред. Под влиянието на ефекта на Магнус, топспинът създава снижаване у движещата се топка, което е по-голямо от това на гравитацията. Бекспинът (топката се върти назад) създава сила нагоре, която удължава полета на топката. По подобен начин, страничното въртене на топката води до хоризонтално отклонение.
Източник: https://bg.m.wikipedia.org/wiki
Изброените термини се срещат най-често в тениса на корт, защото техничните тенисисти умеят да използват максимално ефекта на Магнус. Точно поради тази причина, доста често тенис топката закача линията с милиметри, вместо да излезе в аут, както щеше да стане, ако не съществуваше това явление.
Както споменахме по-горе, ефектът на Магнус се наблюдава най-добре във футбола при фалцовите топки от пряк свободен удар или от ъгловите удари. Може би затова най-често даваният пример в литературата за този феномен е голът от пряк свободен удар на Роберто Карлош в мача между Бразилия и Франция през 1997 г. Специалното на този гол е, че топката лети поне метър в аут, след като е ударена от футболиста, но траекторията ѝ се изменя в последния момент и тя попада във вратата на противника. Естествено ефектът на Магнус е използван от всички футболисти в света. Производителите на футболни топки разработват различни дизайни, за да се постига по-лесно този феномен или обратно, да се намали неговото действие.
Такао Акацука, който е преподавател в инженерния факултет на университета в Ямагата, Япония, прави изчисления върху възможното отклонение на топката при пряк свободен удар и достига до следното заключение: „Можете да изчислите силите, действащи върху добре изпълнен пряк свободен удар. Да приемем, че скоростта на топката е 25-30 м/сек, а скоростта на въртене – 8-10 пъти/сек. Тогава подемната сила е равна на около 3,5 нютона. Тъй като според правилата на FIFA теглото на топката трябва да бъде равно на 410-450 грама, ускорението ще е 8 м/сек. И тъй като за секунда топката ще прелети 30 м, подемната сила може да я накара да се отклони на цели 4 метра от правата линия – достатъчно да обърка вратаря.”
От физична гледна точка обяснение на явлението може да се изведе от третия закон на Нютон, съгласно който отклоняващата сила върху тялото е реакция към отклонението, което тялото налага на въздушния поток. Сферата (или цилиндърът) избутва въздуха в една посока, а той, от своя страна, избутва тялото в другата посока. Това е ъглово отклонение в потока на флуида зад сферата (или цилиндъра).
Източник: http://twu.tennis-warehouse.com/learning_center/aerodynamics2.php
Друго важно нещо при ефекта на Магнус е, че топката, която лети по-бавно, се отклонява повече от топка, която лети по-бързо при едни и същи обороти. Тук обяснението е в различното съпротивление и възникналата турбуленция.
Върху ефекта на Магнус влияят и различни фактори като метеорологични условия, тежест на топката, начин на изпълнение на удара, сцепление и много други.
Друг интересен и подобен ефект се наблюдава, когато топката се ритне, без да ѝ се придава въртеливо движение. При него тя постоянно мени летежа си в различни посоки, което затруднява изключително много вратарите. Този ефект се предизвиква от постоянната смяна в налягането на въздуха около нея. Бразилците наричат това явление „Pombo sem asa“, което означава „гълъб без криле”, заради специфичното движение на топката.
Освен в спорта, ефектът на Магнус е значителен фактор при изследването на въртенето на управляемите ракети и има инженерни приложения, например при проектирането кораби с роторни ветрила.
Феноменът носи името на германския физик Хайнрих Густав Магнус, който го открива през 1853 година. Силата, действаща върху въртящия се цилиндър или сфера, е позната като „подемна сила на Жуковски”, кръстена на Николай Жуковски, който първи я анализира. Отклоненията на въртящи се тела от траекторията им при свободно падане са забелязали още по времето, когато са използвали за стрелба гюллета. Ефектът на Магнус за първи път е бил наблюдаван при изследването на полета на въртящи се артилерийски снаряди: подемната сила, упражнявана от насрещния въздушен поток, отклонявала снаряда от мишената.
Преди време в телевизионната игра „Стани богат” беше зададен въпрос за висока сума – кой използва ефекта на Магнус в своето ежедневие?
- A) Коминочистач B) Футболист C) ИТ специалист D) Градинар
Вече знаете отговора!
Източници:
https://megavselena.bg/ako-topkata-e-absolyutno-gladka-shte-leti-v-greshna-posoka/
https://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%BD%D0%B0
Автор на публикацията:
Петър Станков, Журналистика
