En el partido entre Portugal y España, ¿el tiro libre marcado por Cristiano Ronaldo fue un tiro de ascensor?
En el partido de la fase de grupos del Mundial de 2018, España jugó contra Portugal. El veterano Cristiano Ronaldo, de 33 años, anotó un triplete y empató a España 3:3. Especialmente un tiro libre en la zona de ataque en el minuto 88, que puede considerarse un gol clásico de libro de texto.
Para esta bola, algunas personas dicen que es una bola de plátano, algunas personas dicen que es una bola de hoja y otras dicen que es una bola elevadora. La característica más común de ellas es que giran hacia adentro. el aire o tener trayectorias extrañas. ¿Cuál es la diferencia entre estas bolas? ¿Cuáles son sus principios físicos?
El principio de Bernoulli
Para comprender los principios del fútbol, primero comenzamos con una ecuación física: el principio de Bernoulli. El principio de Bernoulli fue propuesto por el físico suizo Daniel Bernoulli en 1738.
Bernoulli señaló: Un fluido invisible, estable, continuo e incompresible satisface la ecuación:
Donde ? representa la densidad del líquido, v representa el caudal, g es la aceleración de la gravedad. , h representa la altura y P representa la presión del fluido. Esta ecuación se puede derivar de la conservación de la energía mecánica en líquidos.
Si se ignora la diferencia de altura del fluido en todas partes y se considera que h es la misma, entonces esta ecuación se puede simplificar para:
Permanecer sin cambios.
De esta forma, cuando la velocidad del flujo del líquido v es mayor, la presión P será menor. Cuando la velocidad del flujo v es relativamente pequeña, la presión P será relativamente grande. Éste es el principio de Bernoulli.
El principio de Bernoulli es muy común en la vida. Por ejemplo, los aviones de pasajeros pueden volar en el cielo gracias al principio de Bernoulli.
Las alas de un avión no son planas. La parte inferior del ala es relativamente suave, mientras que la parte superior tiene una pendiente pronunciada. A medida que el avión avanza, el aire fluye sobre las alas por encima y por debajo de ellas. Debido a la pendiente formada arriba, la distancia es relativamente larga, lo que resulta en una alta velocidad del flujo de aire y baja presión. La distancia debajo es corta, el flujo de aire es lento y la presión es fuerte. Esta diferencia de presión proporcionará sustentación a las alas, permitiendo que el avión vuele en el cielo sin caer.
Otro ejemplo: los trenes y el metro tienen una línea de seguridad para advertir a las personas que no se acerquen al tren. Uno podría pensar que mientras no esté directamente delante del tren, el tren no me atropellará. En realidad esto está mal. Cuando un tren está en marcha, hará que el aire circundante se mueva a gran velocidad. Si una persona está demasiado cerca del tren, el flujo de aire entre la persona y el tren será rápido y la presión será baja. El flujo de aire detrás de la persona es lento y la presión es fuerte. Esta diferencia de presión puede empujar a la persona hacia el tren y provocar un accidente.
Bolas de plátano
Usando el principio de Bernoulli, podemos explicar las bolas de plátano y las bolas de hojas caídas.
Balón de plátano significa que después de que el balón sale volando, gira horizontalmente y la trayectoria es como un plátano. Si se patea una pelota banana durante un tiro libre en la pista delantera, es posible que la pelota vuele alrededor de la pared y entre en la portería.
¿Por qué una pelota de fútbol gira horizontalmente en el aire? Esto se debe a que: cuando el balón sale volando, va acompañado de un fuerte efecto. Consideremos una situación en la que un atleta patea una pelota que vuela hacia adelante y la hace girar en sentido antihorario durante la patada.
El aire fluirá detrás de la pelota en relación con la pelota. Al mismo tiempo, la rotación de la pelota también hará que el aire circundante se mueva con la pelota. En el lado derecho de la pelota, la pelota impulsa el aire hacia adelante y choca con el aire que se aproxima. Como resultado, la velocidad del flujo de aire en el lado derecho de la pelota disminuirá y la presión será mayor. Para el lado izquierdo de la pelota, la dirección del flujo de aire impulsado por la pelota es la misma que la dirección del movimiento del aire soplado desde el exterior. Los dos no se obstaculizarán entre sí, por lo que la velocidad del flujo de aire es mayor y la velocidad del flujo de aire es mayor. la presión es menor. La diferencia de presión en ambos lados es hacia la izquierda, lo que hará que la pelota gire hacia la izquierda.
Si quieres calcular la fuerza sobre el balón durante la rotación, debes utilizar el efecto Magnus para explicarlo. Este efecto fue descubierto por el científico alemán Magnus en 1852, pero en realidad está relacionado con el principio de Bernoulli. Magnus señaló que la magnitud de la fuerza de Magnus experimentada por una esfera en rotación es igual a:
Aquí S es un coeficiente relacionado con el tamaño de la esfera y el material de la superficie. ? es la velocidad angular, que indica la velocidad de rotación, y v representa la velocidad del balón. De esta fórmula podemos ver que si quieres patear una bola de plátano que gira con fuerza, el giro debe ser rápido.
Por lo tanto, cuando los atletas se preparan para patear la pelota banana, utilizarán el arco interno o el empeine externo para patear la pelota e intentarán extender el tiempo de contacto entre el pie y el balón para que el balón pueda girar más rápido. El jugador de banana ball más famoso de la historia es Carlos de Brasil. En 1997, Carlos rompió la portería del equipo francés con una maravillosa banana ball, haciendo que el mundo recuerde este momento para siempre.
La bola de hoja
La bola de hoja también es una bola curva. La diferencia con la bola de plátano es que la bola de hoja cae repentinamente durante el vuelo y debería haber salido volando del poste. El balón se estrelló repentinamente contra la portería, pillando desprevenido al portero.
El principio físico de la bola de hoja no es muy diferente al de la bola de plátano. También se basa en la rotación para obtener la fuerza Magnus, cambiando así su trayectoria. La diferencia es que la dirección de rotación de la bola de hojas caída es liftada. De esta manera, el aire que se mueve hacia arriba y hacia atrás choca con el aire impulsado cerca del balón de fútbol. La velocidad del flujo es pequeña y la presión es fuerte. El aire que se mueve hacia abajo y hacia atrás está en la misma dirección que el aire cerca de la pelota de tenis de mesa. No hay colisión, la velocidad del flujo es alta y la presión es baja. Por tanto, la fuerza resultante ejercida por el aire sobre la pelota de tenis de mesa es hacia abajo.
La pelota loop en el tenis de mesa se basa en el mismo principio que la pelota drop en el fútbol. Además es una pelota con un fuerte efecto superior y cae muy rápido, a menudo abrumando al oponente. Los jugadores nacionales de tenis de mesa de mi país, Wang Liqin, Ma Lin, Wang Hao, Ma Long y otros, son buenos usando pelotas circulares. Del mismo modo, al realizar un looping, también debes hacer que la raqueta entre en contacto con la pelota tanto como sea posible para obtener una rotación más rápida.
Bola elevadora
Entonces, ¿qué es una bola elevadora?
En la Copa de Europa de 2012 se jugó un partido entre Italia y Croacia. El jugador de la selección italiana Pirlo marcó un gol muy emocionante.
El balón inicialmente se elevó rápidamente y la gente pensó que pasaría por encima de la portería, pero de repente cayó por encima de la portería y entró en la portería. La Gazzetta dello Sport lo describe: Esta pelota sube rápidamente y de repente cae como un ascensor. A partir de entonces, este tipo de pelota tiene un nombre: pelota elevadora.
Si observamos atentamente la pelota elevadora, encontraremos que la pelota en realidad no gira y que no hay efecto Magnus. Entonces, ¿cuál es la razón por la cual la trayectoria de la pelota no es una parábola, sino una parábola? cerca de una polilínea?
Tras el análisis, los científicos creen que la principal razón de este fenómeno es la resistencia del aire. Cuando la pelota se mueve en el aire, estará sujeta a la resistencia del aire. La resistencia se puede expresar aproximadamente mediante la fórmula:
donde representa la densidad del aire, C es el coeficiente de resistencia, A representa la área de la sección transversal del balón de fútbol y v representa la velocidad del balón. Cuando la velocidad de la pelota es lenta, la influencia de la resistencia no es tan grande como la influencia de la gravedad y la trayectoria del fútbol se acerca a una parábola. Pero cuando la velocidad del fútbol es muy rápida, el impacto de la resistencia excederá el impacto de la gravedad. La pelota inicialmente desacelera cerca de una línea recta en el aire. Cuando se agota la velocidad, la gravedad comienza a surtir efecto y la pelota se mueve rápidamente. tirado al suelo.
La profesora Cohen de la Universidad Politécnica de París presentó un informe en el Congreso Mundial de Mecánica de Fluidos y llegó a una conclusión mediante simulación numérica: en una esfera que no gira, si la velocidad del balón de fútbol es lenta, la pelota. Se acercará al movimiento parabólico. Si la pelota viaja muy rápido, caerá en línea casi recta. La siguiente figura compara la trayectoria de una pelota de fútbol en diferentes circunstancias con respecto a la relación entre su velocidad de salida y su velocidad de aterrizaje:
De hecho, la situación de la "pelota elevadora" es muy común en la vida. Por ejemplo, los fuegos artificiales, que inicialmente se mueven rápidamente gracias a la acción de la pólvora, eventualmente caerán cerca de una línea recta.
Lo más importante acerca de si puedes patear una bola elevadora depende de la velocidad de la misma. Después del cálculo, se encontró que la velocidad típica de una bola elevadora es superior a 100 km/h. El robot apodado Ronaldo puede patear fútbol a más de 120 km/h, por lo que es la persona que tiene la mejor tecnología de pelota elevadora en la actualidad.
Entonces, ¿cuál fue exactamente el gol de Ronaldo en el Mundial? Si observamos con atención, encontraremos que la bola en sí es muy rápida y también gira en dirección oblicua. Por lo tanto, existen fuerzas de Magnus tanto en la dirección horizontal como en la vertical, y también se ve afectada por la gravedad y una gran resistencia. entonces el objetivo de Ronaldo es una mezcla de bola de plátano, bola de hoja y bola de ascensor.