Наука футбола: Навстречу Кубку мира
Впервые независимому тестированию в аэродинамической трубе подвергся еще знаменитый мяч предыдущего футбольного чемпионата, Adidas Teamgeist, об устройстве и производстве которого мы писали в статье «Черный, белый и немного золота». Тогда, кстати, знаменитый вратарь сборной Испании Икер Касильяс высказался по поводу Teamgeist в том духе, что «немного печально на Кубке мира получить мяч такого низкого качества». Многие другие футболисты тоже отзывались о полете мяча, как «причудливом» и «малопредсказуемом». Ну и японские исследователи, проведшие испытания Teamgeist, подтвердили, что он далеко не всегда способен обеспечить обещанный маркетологами Adidas «невероятно стабильный полет».
К Кубку мира 2010, который стартует сегодня в ЮАР, разработчики Adidas представили новый мяч, Jabulani. Он появился еще в декабре прошлого года, а с марта стал активно использоваться в играх высшего дивизиона. На этот раз мнения футболистов разделились кардинально: одни открыто восхищаются новинкой, другие не скрывают разочарования.
Стоит сказать, что Jabulani даже внешне непохож на традиционные футбольные мячи, состоящие из 32-х соединенных черно-белых пятиугольников. Он сложен из 8-ми сферически изогнутых панелей, сложенных и соединенных без каких-либо швов. Бороздки на поверхности мяча внесли дизайнеры, они не играют технологической роли. Это почти идеальная сфера, неточности его округлой формы не превышают порядка микрометров. (Хотя, конечно, ей далеко до самых ровных сфер, когда-либо созданных человеком — мы писали о них в заметке «Круглее круглого» — их неровности не превышают десятых долей нанометра.)
Но хорошо ли это для футбольного мяча? Японский инженер Такеши Асаи (Takeshi Asai), который провел всестороннее исследовании Jabulani, говорит: «В итоге аэродинамические характеристики мяча стали очень близки к характеристикам гладкой сферы». А слишком гладкая сфера в полете оказывается далеко не так стабильна. По словам американского физика Джона Гоффа (John Goff), «если бы в мячике для гольфа не было этих маленьких выемок, вы нипочем не смогли бы пробить им на сотню ярдов; если б в бейсбольном мяче не было швов, вы никогда не нанесли бы удар, приводящий к хоум-рану».
Небольшие неровности на поверхности создают турбулентные завихрения вокруг мчащегося на большой скорости мяча. Эти потоки воздуха вносят существенный вклад в стабилизацию его полета. А когда скорость движения снижается, снижается и интенсивность движения воздушных потоков, в какой-то момент из турбулентных они становятся ламинарными, то есть просто текущими «вдоль» поверхности.
Этот переход тоже во многом стимулируется неровностями на поверхности мяча — и он же является настоящим кошмаром для вратаря, поскольку приводит к резкому изменению траектории и скорости полета, что можно наблюдать во время некоторых эффектных пенальти. Десятилетия исследований показали, что даже небольших неровностей на поверхности мяча достаточно для создания достаточно заметных эффектов, описанных выше.
С другой стороны, тесты другой японской группы, возглавляемой Казуя Сео (Kazuya Seo), показали, что исключительная ровность и гладкость Jabulani позволяет ему достигать больших скоростей и, как следствие, лететь на большее расстояние. При начальной скорости в 70−110 км/ч, характерной для профессиональных игроков, он преодолевает на несколько метров больше, чем предыдущие официальные мячи мировых первенств. С другой стороны, в отсутствие неровностей уже при скорости ниже 70 км/ч турбулентные потоки воздуха вокруг него переходят в ламинарные — и у мяча будто резко «включаются тормоза». В любом случае, футболистам, привыкшим к тому же Teamgeist, придется приспосабливаться к новым характеристикам Jabulani.
Ну а работа Такеши Асаи по продувке мяча в аэродинамической трубе показали еще одну особенность, связанную с полетом Jabulani, а верней, с его вращением. Уже давно известно, что вращающееся тело, которое обтекает поток газа, испытывает влияние так называемого эффекта Магнуса. Состоит он в том, что разные стороны вращающегося тела движутся относительно обтекающего потока с разной скоростью — одна навстречу ему, другая — в том же направлении. В результате образуется разница давлений, и появляется сила, перпендикулярная направлению потока, иначе говоря, толкающая мяч вбок. Это, как можно понять, характерно для любого футбольного мяча.
Однако измерения, проведенные группой Асаи, показали, что флуктуации, перепады в величине этой силы у Jabulani оказываются куда выше, чем у предыдущего Teamgeist. Как результат, траектория его полета оказывается менее предсказуемой (что, видимо, и объясняет негативную реакцию на появление Jabulani многих вратарей).
Впрочем, характеристики мяча вряд ли играют решающую роль в результатах игр. Футбол остается таким же увлекательным и зрелищным. Ждем игр.
По публикации Inside Science News Service
