Futbol Topu Fiziği

Futbol topu fiziği bilimini araştıran ekteki makale ilk olarak Pretty a time World dergisinin Haziran 1998'de 25-27. sayfalarında dağıtıldı.

İçindekiler

1 Futbol Topu Fiziği
2 Spor toplarının aerodinamiği
3 Dönen Top
4 Sürükleme ve Hız
5 Roberto Carlos geri döndü
6 futbol hareketine ilişkin güncel araştırma
7 Futbol Topu Nasıl Eğrilir
8 Son düdük
Basınç ve Futbol Topları Hakkında 9 Soru
9.1 Bir futbol topunun içindeki hava miktarı, benzer bir kuvvetle vurulduğunda topun ne kadar uzağa gidebileceğini nasıl etkiler?
9.2 Barometrik gaz gerilimi, futbol topunun benzer bir kuvvetle vurulduğunda ne kadar uzağa gideceğini etkiler mi?
9.3 Bir futbol topunun içine ne kadar gaz gerilimi yerleştirmem benim için iyi bir fikirdir?
9,4 BAR veya PSI veya LBS
9.5 Futbol toplarımı nasıl şişiririm
9.6 Neden genellikle pahalı topları bile çekmem gerekiyor?
9.7 Neden bazı futbol topları bir süre sonra daha da büyüyor?
9.8 Futbol Topu Malzeme Fiziği ile İlgili Sorular
9.9 Futbol Topunun Eğrilmesiyle İlgili Sorular

Futbol Topu Fiziği

Liverpool futbol kulübünün önceki yöneticisi Charge Shankly bir keresinde şöyle demişti: “Futbol umutsuzlukla ilgili değildir. Bundan daha yüksek bir önceliktir.” Bu ay Fransa'da yapılacak Dünya Kupası'nda çok sayıda futbol taraftarı birkaç hafta boyunca aynı eğilimi yaşayacak. Daha sonra bu olay sona erecek ve geriye sadece televizyondaki birkaç tekrar ve ne olabileceğine dair sürekli hipotezler kalacak.

Taraftarlar futbolun bu kısmını seviyor, diğerleri ise küçümsüyor. Cezanın devreye girdiği bir senaryo hayal edin. Oyuncunun ihraç edilmediği bir senaryo hayal edin. Serbest vuruşun duvarın etrafından dönüp kaleye gitmediği bir senaryo hayal edin.

Pek çok taraftar Brezilyalı Roberto Carlos'un geçen yaz Fransa'da düzenlenen bir müsabakada kullandığı serbest vuruşu hatırlayacaktır. Top, rakiplerinin kalesinden yaklaşık 30 metre uzağa ve biraz da kenara atıldı. Carlos topa o kadar sağa doğru vurdu ki, ilk başta duvarı korumalardan bir metre kadar kurtardı ve kaleye metrelerce uzakta duran top çocuğunun başını eğmesine neden oldu. Daha sonra gizemli bir şekilde top sola doğru eğildi ve kalenin sağ üst köşesine girdi; hem oyuncuları, hem kaleciyi hem de medyayı hayrete düşürdü.

Açıkça görülüyor ki Carlos bu vuruşu hazırlık sahasında sürekli prova ediyordu. Doğal olarak topa belirli bir hızda ve belirli bir dönüşle vurarak onu nasıl bükeceğini biliyordu. Ancak muhtemelen her şeyin ardındaki malzeme bilimini bilmiyordu.

Spor toplarının aerodinamiği

Dönen bir nesnenin yatay yeniden yönlendirilmesinin birincil açıklaması şu şekilde atfedilmiştir: Lord Rayleigh Alman fizikçi Gustav Magnus'un 1852'de yaptığı çalışma. Magnus aslında mermileri ve mermileri döndürmenin neden bir kenara atmaktan kaçındığını çözmeye çalışıyordu, ancak açıklaması toplar için de benzer şekilde geçerli. Elbette futbolda topun bükülmesindeki temel sistem, beyzbol, golf, kriket ve tenis gibi farklı oyunlardakiyle hemen hemen eşdeğerdir.

Dönen Top

Üzerindeki havanın ilerleyişinin tersi yönünde bir pivot etrafında dönen bir top düşünün (sola bakın). Hava, topun saçaklarının rüzgar akımına benzer bir yönde hareket ettiği topun odak noktasına kıyasla daha hızlı dışarı çıkar. Bu, Bernouilli'nin kılavuzuna göre gerilimi azaltır.

Ters etki, topun odak noktasına kıyasla havanın daha yavaş dışarı çıktığı topun karşı tarafında meydana gelir. Bu şekilde güçlerde bir dengesizlik var ve top yön değiştiriyor - ya da Sir J Thomson'ın 1910“da ifade ettiği gibi ”top burnunu takip ediyor“. Uçuş halindeki bir topun bu yatay yönlendirmesi çoğunlukla ”Magnus etkisi" olarak bilinir.

Havada uçan dönen bir topun üzerindeki kuvvetler genel olarak iki türe ayrılır: Kaldırma kuvveti ve sürükleme kuvveti. Kaldırma kuvveti, Magnus darbesinden sorumlu olan yukarıya veya yana doğru kuvvettir. Sürtünme kuvveti topun yönünün tersine etki eder.

Çok fazla atılan bir serbest vuruşta işe yarayan güçleri hesaplamamıza izin verin. Topun hızının 25-30 ms-1 (yaklaşık 70 mil/saat) ve bükülmenin saniyede 8-10 devir civarında olduğu varsayılırsa, kaldırma kuvveti 3,5 N civarında olur.

Kılavuzda, uzman futbolun 410-450 gramlık bir kütleye sahip olması gerektiği belirtiliyor ve bu da futbolun 8 ms-2 civarında ilerlediği anlamına geliyor. Ayrıca, top 30 m'lik yönü üzerinde 1 saniye boyunca yolculukta olacağından, kaldırma gücü, topun genel olarak beklenen düz çizgi rotasından ancak 4 m kadar sapmasına neden olabilir. Herhangi bir kaleciyi rahatsız etmeye yetecek kadar!

Bir top üzerindeki sürükleme kuvveti (FD), topun kalınlığı (r) ve kesit bölgesinin (A) değişmeden kalması beklenerek hızın (v) karesi ile artar: FD = CDrAv2/2. Her durumda, “sürükleme katsayısı” CD'nin ayrıca topun hızına bağlı olduğu ortaya çıkıyor.

Örneğin, sürükleme katsayısını Reynold sayısına (rv D/μ'ye eşdeğer katmansız bir sınır, burada D topun genişliği ve µ havanın kinematik tutarlılığıdır) karşı çizersek, topun dış katmanındaki rüzgar akımı pürüzsüz ve laminer olmaktan şiddetli olmaya değiştiğinde sürükleme katsayısının beklenmedik bir şekilde düştüğünü buluruz (sağa bakın).

Rüzgar akımının laminer olduğu ve sürtünme katsayısının yüksek olduğu noktada, topun dış katmanındaki sınır hava katmanı, topun üzerinden akarken tam zamanında orta derecede “yalıtılır” ve daha sonra girdaplar oluşturur. Ancak rüzgar akımı şiddetli olduğunda sınır katmanı topa daha uzun süre yapışır. Bu, geç bölümlemeye ve biraz sürüklenmeye neden olur.

Direnç katsayısının bu şekilde düştüğü Reynold sayısı, topun yüzeyindeki hoşnutsuzluğa bağlıdır. Örneğin, oldukça çukurlu olan golf toplarının yüzey rahatsızlıkları oldukça yüksektir ve orta derecede düşük bir Reynold sayısında (~ 2 x 104) sürtünme katsayısı düşer. Ancak futbol topu golf topundan daha pürüzsüzdür ve temel ilerlemeye çok daha yüksek Reynold sayısında (~ 4 x 105) ulaşılır.

Sürükleme ve Hız

Bunun sonucu olarak yavaşlayan futbol, ​​oldukça yüksek bir engelleyici güçle karşı karşıya kalıyor. Ancak, kasabanın etrafında rüzgarın şiddetli olmasını sağlayacak kadar hızlı bir şekilde kargaşa çıkarabilirseniz, top biraz engelleyici bir güçle karşılaşır (sağda).

Hızlı bir futbol, ​​kurtarış yapmak isteyen bir kaleci için bu şekilde iki kat zorluktur - yüksek hızda hareket eden topun hızlı olmasının yanı sıra, normal olduğu kadar geri çevirmez. Belki de en iyi kaleciler içgüdüsel olarak futbol topu malzeme bilimini anladıklarından daha fazla görüyorlardır.

1976'da Londra'daki Imperial College'dan Peter Bearman ve ortakları golf topları üzerinde örnek niteliğinde bir dizi inceleme yaptılar. Bir topun bükülmesinin artmasının daha yüksek bir kaldırma katsayısı ve dolayısıyla daha büyük bir Magnus kuvveti yarattığını buldular. Öyle olsa bile, belirli bir bükülmede hızın arttırılması kaldırma katsayısını azalttı.

Bunun futbolu nasıl etkilediği, çok fazla bükülmeye sahip yavaş bir topun, benzer bir bükülmeye sahip hızlı bir topa göre daha büyük bir yanal kuvvete sahip olmasıdır. Böylece top, yönünün sonuna doğru geri döndüğünde, bükülmenin daha belirgin olduğu ortaya çıkar.

Roberto Carlos yeniden ziyaret edildi

Bütün bunlar Roberto Carlos'un kullandığı serbest vuruşu nasıl anlamlandırıyor? Tamamen emin olamasak da, bundan sonra gelecek olan bitenin adil bir şekilde açıklanması muhtemeldir.

Carlos, topun üzerine bakarken saat yönünün tersine dönmesini sağlamak için yürüyerek topa tekme attı. Koşullar kuruydu, dolayısıyla topa verdiği büküm miktarı yüksekti, belki saniyede 10 döngünün kuzeyindeydi. Ayağının ötesiyle tekme atmak, muhtemelen 30 ms-1'in (70 mil/saat) kuzeyinde, kasabada işleri sert bir şekilde karıştırmasına izin verdi.

Topun dış katmanı üzerinde havanın ilerleyişi şiddetliydi ve bu da topa oldukça düşük bir sürtünme kuvveti sağlıyordu. Yolunun bir yerinde - belki 10 m'lik iz civarında (ya da yaklaşık olarak koruyucuların bulunduğu yerde) - topun hızı, laminer akış sistemine giren son kaleyle birlikte düştü.

Bu, sürüklemeye hazır olma süresini önemli ölçüde genişletti ve bu da önemli ölçüde daha fazla gecikmeye neden oldu. Bu, topu kaleye doğru döndüren yan Magnus kuvvetinin önemli ölçüde daha fazla etki yaratmasını sağladı. Ne kadar bükümün aşırı derecede çürümediğini beklersek, o noktada direnç katsayısı genişledi.

Bu, çok daha büyük bir yan kuvvet oluşturdu ve topun daha da bükülmesine neden oldu. En sonunda, top geriye doğru hafifledikçe eğrinin daha da abartılı olduğu ortaya çıktı (belki de kaldırma katsayısındaki artıştan dolayı), ta ki filelerin arkasına çarpana kadar - hiç şüphesiz gruptaki fizikçiler için büyük bir keyif yarattı.

Futbol hareketine yönelik akış araştırması

There is something else to football research besides basically concentrating on the movement of the ball in flight. Specialists are likewise keen on figuring out how a footballer really kicks a ball. For instance, Stanley Plagenhof of the University of Massachusetts in the US has concentrated on the kinematics of kicking – all in all, overlooking the powers in question. Different analysts, like Elizabeth Roberts and associates at the University of Wisconsin, have done unique examinations of kicking, considering the powers in question.

These exploratory methodologies have created a few fantastic outcomes, albeit many difficulties actually remain. One of the most basic issues is the trouble of estimating the actual movement of people, part of the way on the grounds that their developments are so eccentric. Nonetheless, ongoing advances in examining movement with PCs definitely stand out in sports science, and, with the assistance of new logical techniques, making sensibly exact estimations of human motion is currently conceivable.

For instance, two of the creators (TA and TA) and an exploration group at Yamagata University in Japan have utilized a computational logical methodology combined with the more customary dynamical strategies to mimic the manner in which players kick a ball. These reenactments have empowered the making of “virtual” soccer players of different sorts – from novices and small kids to experts – to play in virtual reality on the PC.

Athletic gear producers, for example, the ASICS Corporation, who are supporting the Yamagata project, are additionally inspired by the work. They desire to utilize the outcomes to plan more secure and better execution athletic gear that can be made quicker and more monetarily than existing items.

How To Curve A Soccer Ball

The development of players was followed utilizing rapid video at 4500 edges each second, and the effect of the foot ready was then considered with limited component examination.

The underlying trials demonstrated what most footballers know: assuming you strike the ball straight on with your instep so the foot stirs things up around town in accordance with the ball’s focal point of gravity, then the ball shoots off in an orderly fashion. In any case, assuming you kick the ball with the front of your foot and with the point between your leg and foot at 90° (see left), it will bend in flight. For this situation, the effect is askew. This makes the applied power go about as a force, which consequently gives the ball a twist.

The exploratory outcomes likewise showed that the twist got by the ball is firmly connected with the coefficient of grating between the foot and the ball, and to the offset distance of the foot from the ball’s focal point of gravity.

A limited component model of the effect of the foot ready, composed with DYTRAN and PATRAN programming from the MacNeal Schwendler Corporation, was utilized to examine these occasions mathematically. This study showed that an expansion in the coefficient of grinding between the ball and the foot made the ball get more twist. There was likewise more twist assuming the offset position was further from the focal point of gravity.

Two other fascinating impacts were noticed. In the first place, in the event that the offset distance expanded, the foot contacted the ball for a more limited time frame and over a more modest region, which prompted both the twist and the speed of the ball to diminish. There is hence an ideal spot to raise a ruckus around town on the off chance that you need most extreme twist: assuming you hit the ball excessively close or excessively far from the focal point of gravity, it won’t gain any twist whatsoever.

The other fascinating impact was that regardless of whether the coefficient of contact is zero, the ball actually gains some twist assuming you kick it with an offset from its focal point of gravity . Albeit for this situation there is no fringe force lined up with the circuit of the ball (since the coefficient of erosion is zero), the ball by the by disfigures towards its middle, which makes some power act around the focal point of gravity. It is thusly conceivable to turn a football on a blustery day, albeit the twist will be considerably less than if conditions were dry.

Obviously, the investigation has a few impediments. The air outside the ball was overlooked, and it was expected that the air inside the ball acted by a compressive, gooey liquid stream model. In a perfect world, the air both inside and outside the ball ought to be incorporated, and the viscosities displayed utilizing Navier-Stokes conditions.

It was likewise expected that the foot was homogeneous, when clearly a genuine foot is considerably more convoluted than this. Despite the fact that it would be difficult to make an ideal model that considered each component, this model incorporates the main highlights.

Planning ahead, two of us (TA and TA) likewise plan to explore the impact of various kinds of footwear on the kicking of a ball. In the interim, ASICS is joining the Yamagata limited component reproductions with biomechanics, physiology and materials science to configuration new sorts of football boots. Eventually, be that as it may, the footballer has the effect – and without capacity, innovation is useless.

The last whistle

So what could we at any point gain from Roberto Carlos? Assuming that you kick the ball sufficiently for the wind stream over the surface to become fierce, then the drag force stays little and the ball will truly fly. Assuming you believe that the ball should bend, give it heaps of twist by getting along focus. This is more straightforward on a dry day than on a wet day, however should in any case be possible paying little mind to conditions.

The ball will bend most when it dials back into the laminar stream system, so you want to practice to ensure that this change happens perfectly located – for instance, soon after the ball has passed a protective wall. On the off chance that conditions are wet, you can in any case get turn, however you would be in an ideal situation drying the ball (and your boots).

Almost quite a while back J Thomson gave a talk at the Royal Institution in London on the elements of golf balls. He is cited as saying the accompanying: “On the off chance that we could acknowledge the clarifications of the way of behaving of the ball given by numerous supporters of the exceptionally voluminous writing which has gathered around the game… I ought to need to bring before you tonight another elements, and declare that matter, when made up into [golf] balls complies with laws of an altogether unique person from those overseeing its activity when in some other circumstances.”

In football, at any rate, we should rest assured that things have continued on.

Further perusing

Physics world

C B Daish 1972 The Physics of Ball Games (The English University Press, London)

S J Haake (ed) 1996 The Engineering of Sport (A Balkema, Rotterdam)

R D Mehta 1985 Aerodynamics of sports balls Ann. Fire up. Liquid Mech. 17 151-189

Inquiries regarding Pressure and Soccer Balls

9.1 Bir futbol topunun içindeki hava miktarı, benzer bir kuvvetle vurulduğunda topun ne kadar uzağa gidebileceğini nasıl etkiler?

How much air or gaseous tension in a soccer ball impacts how far the ball will travel when struck by a similar power. The higher pneumatic force that is placed into a soccer ball works on the ball’s bounce back off the foot of a player. More energy is moved to a “solid” ball in a flexible crash. All in all, the ball misshapes less during the effect, so there’s less energy lost to twisting.

Does the barometrical pneumatic stress impact how far a soccer ball ventures when struck by a similar power?

The air pneumatic force (the air encompassing the ball) likewise assumes a part in how far a ball voyages. At lower pressure, there’s less air contact. You can contrast it with kicking the ball in a tank of water to kicking the ball on the moon. Balls go farther at high height in view of the diminished drag from the air, which is more slender as you go higher up. So there’s a situation where “diminished” pneumatic stress makes the ball go farther.

Additionally, the materials that the soccer ball is made from impacts how far the ball will travel… yet that is another inquiry and trial.

How much pneumatic stress would it be a good idea for me to place into a soccer ball?

Utilize Proper Air Pressure Do not finished or under compress a ball. Utilize the makes suggested pneumatic stress that is imprinted on most balls. Most soccer balls have a strain rating of 6 to 8 lbs. or then again 0.6 or 0.8 BAR. It is suggested that you utilize a strain check to quantify the specific measure of tension in a ball subsequent to expanding and before use.

BAR or PSI or LBS?

Some soccer balls have suggested pressure values demonstrated in BAR while others have the qualities shown in PSI or LBS. To change over the tension qualities, utilize the accompanying formulas:To convert BAR (KGS) to PSI (Lbs.):Answer = 14.5037 X how much BAR(KGS)For model: A soccer ball has a suggested strain of 0.6 BAR named on it. To change over BAR in Pounds Per Square Inch (PSI), duplicate 0.6 times 14.5037. The response is 8.7 PSI or Lbs.To convert PSI (Lbs.) to BAR(KGS):Answer = .068948 X how much PSI(Lbs.)For model: A soccer ball has a suggested strain of 7.9 Lbs. (PSI) marked on it. To change over Pounds Per Square Inch (PSI) into BAR, duplicate 7.9 times .068948. The response is 0.545 BAR.

How Do I swell my soccer balls?

Soccer balls lose pneumatic force over the long run. In some cases north of a couple of days (soccer balls that utilization butyl bladders keep pneumatic force longer than balls that utilization plastic bladders). Make certain to check the strain often to ensure the ball is appropriately expanded. Hence, put resources into a decent ball siphon, have a stock of expansion needles and utilize a low tension check to quantify for legitimate expansion. Before you initially blow up a soccer ball, two or three drops of silicone oil or silicone oil shower or glycerin oil into the valve.

You can buy one of the oils or shower at your neighborhood home improvement shop. Utilizing one of the greases will work on the existence of the valve and grease up the valve for simple addition of the expansion needle. Continuously saturate the expansion needle before you embed it into the valve. Ideally, utilize some silicon oil, silicon splash or glycerin oil to saturate the needle. Nonetheless; a great many people use spit… yuk, however that isn’t suggested. Producers suggest that you lessen the gaseous tension in your match balls after a game to diminish how much weight ready creases or sewing. Make certain to swell the ball back to appropriate tension before the match.

For what reason do I generally need to siphon up even costly balls?

Many balls use bladders made from plastic. Regular Latex Rubber bladders offer the gentlest feel and reaction, however don’t give the best air maintenance. Miniature pores gradually let air escape. Balls with normal elastic bladders should be re-swelled more frequently than balls with butyl bladders. Indeed, even following a couple of days, the plastic bladder will release sufficient air so you should swell the ball back to suggested pressure. A few balls use carbon-plastic bladders in which the carbon powder assists with shutting the miniature pores. Soccer balls with karbon plastik mesane çoğunlukla hava bakımını kabaca birkaç haftaya çıkarın. Tabii ki, havanın dışarı sızmasına neden olabilecek delinmeler açısından topu kontrol edin. Butil mesaneler veya PU mesaneler harika bir his ve hava bakımı karışımı sunar ve genellikle merkezden üst değerli toplara kadar takip edilebilir. Hava bakımı, plastik mesaneli topların aksine, günler yerine tamamen uzun sürelere yayılmıştır.

Bazı futbol topları neden bir süre sonra daha da büyür?

Pek çok futbol topu uzun vadede genellikle büyüyecektir. Bunun nedeni mesanedeki havanın astarlara ve kapağa karşı gerilimidir. Bir süre sonra malzeme ve dikiş gevşeyip topun büyümesine neden olabilir. Benzer şekilde, futbol topunun yanlış kullanımı dikişin serbest kalmasına ve topun patlamasına neden olabilir.

Futbol Topu Malzeme Fiziğine İlişkin Sorular

Futbol topu malzemeleri ile ilgili tüm detayları kontrol edebilir, buraya tıklayın

Futbol Topunun Kıvrılmasıyla İlgili Sorular

Topa vurduğunuzda top nasıl bükülür? Bu araştırmaya ve bükülen futbol topunun malzeme bilimi ile ilgili diğer sorulara verilen yanıtlar için, buraya tıklayın.

Toplu miktarda FPP OEM ürünleri üreticisi arıyorsanız, lütfen bizimle iletişime geçin: İletişim Sayfası