Ново завъртане на футболната спирала


футбол

Кредит: Unsplash/CC0 Public Domain

Само шепа изследователи са проучили защо американската футболна топка лети по такава уникална траектория, като се движи във въздуха със забележителна прецизност, но също така се люлее, клатушка и дори се преобръща, докато се спуска надолу по полето. Сега експертите по балистика от Технологичния институт на Стивънс за първи път приложиха своето разбиране за артилерийски снаряди, за да обяснят това уникално движение, създавайки най-точния досега модел на полета на спираловидна футболна топка.

„Когато куотърбек направи добър спирален пас, траекторията на топката е удивително подобна на тази на артилерийски снаряд или куршум и военните са вложили огромни ресурси в изучаването на начина, по който летят тези снаряди“, обясни Джон Дзиелски, изследовател на Стивънс професор и машинен инженер, чиято работа се отчита в Open Journal of Engineering на Американското дружество на машинните инженери. „Използвайки добре разбрани балистични уравнения, успяхме да моделираме полета на футболна топка по-прецизно от всякога.“

Всъщност, каза Дзиелски, докато самите балистични уравнения не са ужасно сложни, движенията, които те прогнозират, могат да бъдат. Уравненията съдържат много членове, които представят всички начини, по които въздухът може да повлияе на движението на черупката. Първото предизвикателство се състоеше в разглеждането на всяка променлива на свой ред, за да се определи кои са важни, когато се използват в нов или различен контекст.

Дзиелски и съавторът Марк Блекбърн, старши научен сътрудник в Stevens, първо възприеха изчерпателен подход – моделирайки всичко от ръчеността на куотърбека до ефекта на страничните ветрове, до въздействието на въртенето на Земята – след това изведоха уравнения, които премахнаха фактори, които не не оказват съществено влияние върху траекторията на полета на футбола. Например, по време на пас от 60 ярда, въртенето на Земята променя крайната точка на паса само с четири инча. „Оказва се, че въртенето на Земята няма голям ефект върху футболния пас, но поне сега знаем това със сигурност“, каза Дзиелски.

Моделирането на полета на футболен футбол хвърля светлина върху това, което отличава добрите пасове от лошите. Дзиелски и колегите не само показаха, че спираловиден пас може да се люлее с бавна или бърза скорост (или комбинация от двете), но също така бяха първите, които изчислиха какви са тези честоти за футболна топка. Ако футболът се клати бавно, значи е добре хвърлен. Ако се клати бързо, куотърбекът е извъртял китката си (като върти отвертка) или го е бутнал настрани, докато топката е била пусната. Китката може да се е изкривила, защото куотърбекът е бил удрян.

„Куотърбековете и треньорите вече знаят това интуитивно, но ние успяхме да опишем физиката по време на работа“, каза Дзиелски.

Друго, по-изненадващо откритие е, че ефектът на Магнус, който кара въртящата се бейзболна топка да се плъзга или заобикаля поради промени във въздушното налягане, има забележително малък ефект върху въртящата се футболна топка. Футболната топка се върти по грешната ос, за да задейства ефекта на Магнус, така че всички отклонения в траекторията на полета трябва да идват от различен източник, като например повдигането, създадено като топка под ъгъл във въздуха, обясни Дзиелски. „Много хора вярват, че футболните топки се въртят наляво или надясно поради ефекта на Магнус, но това изобщо не е така. Ефектът на силата на Магнус е около два пъти по-голям от ефекта на въртенето на Земята“, каза той.

В допълнение, Дзиелски и Блекбърн показаха за първи път, че това завъртане е тясно свързано с това защо топката завършва с носа надолу в края на паса, когато е хвърлена с носа нагоре.

Въпреки че работата на Джелски и Блекбърн представлява най-точният модел на траекторията на футбола досега, Джелски предупреди, че все още е необходима още работа. Тъй като футболната топка се върти и пада, докато пътува, е почти невъзможно да се използват изследвания в аеродинамичен тунел за точно записване на аеродинамиката на футболната топка в движение. „Това означава, че все още нямаме добри данни, които да въведем в нашия модел, така че създаването на точна симулация е невъзможно“, каза той.

През следващите месеци Джелски се надява да намери финансиране за инструменти, които могат да улавят аеродинамични данни от свободно летяща футболна топка в реални условия, а не само в аеродинамични тунели. „Това е единственият начин, по който ще можем да получим вида данни, от които се нуждаем“, каза той. „Дотогава един наистина прецизен — и точен — начин за моделиране на a футболтраекторията на ще остане недостижима.”


Фотонна крива топка има примери от реалния свят във футбола, бейзбола


Повече информация:
John Dzielski et al, Моделиране на динамиката на американския футбол и стабилността, дължаща се на завъртане, ASME Open Journal of Engineering (2022). DOI: 10.1115/1.4054692

Цитат: Ново завъртане на футболната спирала (2022 г., 4 август), извлечено на 4 август 2022 г. от https://phys.org/news/2022-08-football-spiral.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.