Aşağıdaki makale, izniyle yeniden basılmıştır. Konuşmaen son araştırmaları kapsayan çevrimiçi bir yayın.
Her Dünya Kupasında olduğu gibi 2022 FIFA Dünya Kupası Katar’da oyuncular yeni bir top kullanacak. Rakiplerin dünyanın en popüler sporundaki en önemli turnuvadaki en önemli ekipman parçasının beklenmedik şekillerde davranmasını isteyeceği son şey, bu nedenle her yeni Dünya Kupası topunun oyunculara tanıdık gelmesini sağlamak için çok çalışma yapılıyor.
ben bir fizik profesörüyüm de Lynchburg Üniversitesi kim sporun fiziğini inceler. Bu yılki Dünya Kupası’nı çevreleyen yolsuzluk ve insan hakları sorunlarıyla ilgili tartışmalara rağmen, futbol biliminde ve becerisinde hâlâ güzellikler var. Araştırmamın bir parçası olarak, her dört yılda bir dünyanın en güzel oyununun en önemli parçasını oluşturan şeyin ne olduğunu görmek için yeni Dünya Kupası topunun analizini yapıyorum.
sürüklemenin fiziği
Kaleye şutlar, serbest vuruşlar ve uzun paslar arasında, bir futbol maçındaki birçok önemli an, top havadayken gerçekleşir. Yani bir futbol topunun en önemli özelliklerinden biri havada nasıl hareket ettiğidir.
Bir top havada hareket ederken, sınır tabakası adı verilen çoğunlukla durgun havadan oluşan ince bir tabaka topun bir kısmını çevreler. Düşük hızlarda, bu sınır tabakası, akan hava yüzeyden soyulmadan önce topun yalnızca ön yarısını kaplar. Bu durumda, topun arkasındaki havanın izi biraz düzenlidir ve laminer akış olarak adlandırılır.
Ancak bir top hızlı hareket ettiğinde, sınır tabakası topun etrafını çok daha uzağa sarar. Hava akışı sonunda topun yüzeyinden ayrıldığında, bunu bir dizi kaotik girdap şeklinde yapar. Bu sürece türbülanslı akış denir.
Fizikçiler, hareket eden havanın hareket eden bir nesneye – sürükleme adı verilen – ne kadar kuvvet uyguladığını hesaplarken, sürükleme katsayısı adı verilen bir terim kullanırlar. Belirli bir hız için, sürükleme katsayısı ne kadar yüksekse, nesne o kadar çok sürüklenme hisseder.
Görünüşe göre bir futbol topunun sürükleme katsayısı laminer akış için türbülanslı akışa göre yaklaşık 2,5 kat daha büyük. Mantığa aykırı gibi görünse de, bir topun yüzeyini pürüzlendirmek, sınır tabakasının ayrılmasını geciktirir ve bir topun türbülanslı akışta daha uzun süre kalmasını sağlar. Fiziğin bu gerçeği – daha pürüzlü topların daha az sürtünme hissetmesi – çukurlu golf toplarının, toplar pürüzsüz olduğunda uçacaklarından çok daha uzağa uçmasının nedenidir.
İyi bir futbol topu yapmak söz konusu olduğunda, hava akışının türbülanstan laminere geçiş hızı kritiktir. Bunun nedeni, bu geçiş gerçekleştiğinde topun önemli ölçüde yavaşlamaya başlamasıdır. Laminer akış çok yüksek bir hızda başlarsa, top türbülanslı akışı daha uzun süre koruyan bir toptan çok daha hızlı yavaşlamaya başlar.
Dünya Kupası topunun evrimi
Adidas, 1970’ten beri Dünya Kupası için top tedarik ediyor. 2002’ye kadar her top ikonik 32 panelli yapıyla yapıldı. 20 altıgen ve 12 beşgen panel geleneksel olarak deriden yapılmış ve birbirine dikilmiştir.
Almanya’da düzenlenen 2006 Dünya Kupası ile yeni bir dönem başladı. Teamgesit adı verilen 2006 topu, 14 pürüzsüz, sentetik panelden oluşuyordu. termal olarak bağlanmış dikişli yerine birlikte. Daha sıkı, yapıştırılmış conta, yağmurlu ve nemli günlerde topun içine su girmesini engelledi.
Yeni tekniklerle ve daha az sayıda panelle yeni malzemelerden bir top yapmak, topun havada uçma şeklini değiştirir. Adidas, son üç Dünya Kupasında doğru aerodinamiğe sahip toplar oluşturmak için panel sayısını, dikiş özelliklerini ve yüzey dokusunu dengelemeye çalıştı.
2010 Güney Afrika Dünya Kupası’ndaki sekiz panelli Jabulani topu, daha kısa dikişleri ve daha az sayıda paneli telafi etmek için dokulu panellere sahipti. Adidas’ın çabalarına rağmen, Jabulani bir tartışmalı top, birçok oyuncu aniden yavaşladığından şikayet ediyor. Meslektaşlarım ve ben bir rüzgar tünelinde topu analiz ettiğimizde, Jabulani genel olarak çok pürüzsüzdü ve böylece 2006 Teamgesit topundan daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahipti.
2014’te Brezilya’nın (Brazuca) ve 2018’in Rusya’sının (Telstar 18) Dünya Kupası toplarının her ikisi de tuhaf şekilli altı panele sahipti. Biraz farklı yüzey dokularına sahip olmalarına rağmen, genel olarak aynı yüzey pürüzlülüğüne sahiptiler ve bu nedenle, benzer aerodinamik özellikler. Genel olarak oyuncular Brazuca’yı beğendim ve Telstar 18, ancak bazıları eğiliminden şikayet etti Telstar 18 kolayca açılır.
2022’nin Al Rihla topu
Yeni Katar Dünya Kupası futbol topu Al Rihla’dır.
Al Rihla ile yapılır su bazlı mürekkepler ve yapıştırıcılar ve 20 panel içerir. Bunlardan sekizi kabaca eşit kenarlara sahip küçük üçgenler ve 12 tanesi daha büyük ve dondurma külahı gibi şekillendirilmiş.
Önceki toplarda olduğu gibi yüzey pürüzlülüğünü artırmak için yükseltilmiş dokular kullanmak yerine Al Rihla, gamze benzeri özellikler Bu, yüzeyine öncekilere kıyasla nispeten pürüzsüz bir his verir.
Daha pürüzsüz hissi telafi etmek için, Al Rihla’nın dikişleri daha geniş ve derin – belki de son Dünya Kupası toplarının en sığ ve en kısa dikişlerine sahip olan ve birçok oyuncunun havada yavaş olduğunu hissettiği aşırı pürüzsüz Jabulani’nin hatalarından öğreniliyor olabilir. .
Japonya’daki meslektaşlarım en son dört Dünya Kupası topunu bir rüzgar tünelinde test ettiler. Tsukuba Üniversitesi.
Hava akışı türbülanslı akıştan laminer akışa geçtiğinde, sürükleme katsayısı hızla yükselir. Bu, uçuş halindeki bir topun başına geldiğinde, top aniden sürüklemede keskin bir artış yaşayacak ve aniden yavaşlayacaktır.
Test ettiğimiz Dünya Kupası toplarının çoğu bu geçişi kabaca 36 mil/saat (58 km/sa) hızla yaptı. Beklendiği gibi, Jubalani yaklaşık 51 mil (82 kph) geçiş hızıyla aykırı değerdir. Çoğu serbest vuruşun 97 km/sa hızın üzerinde seyrettiği düşünülürse, oyuncuların Jabulani’nin yavaş ve tahmin edilmesi zor olduğunu düşünmeleri mantıklıdır. Al Rihla, önceki iki modeline çok benzeyen aerodinamik özelliklere sahiptir ve hatta daha düşük hızlarda biraz daha hızlı hareket edebilir.
Her yeni top, birinden gelen şikayetlerle karşılanır, ancak bilim, Al Rihla’nın bu yılki Dünya Kupası’ndaki oyunculara tanıdık gelmesi gerektiğini gösteriyor.
Kaynak : https://www.scientificamerican.com/article/mens-world-cup-soccer-ball-the-al-rihla-has-the-aerodynamics-of-a-champion/