توپ فوتبال چطور کات برمیدارد؟!
«صاف بودن سطح توپ به علاوه‌ی تکنیک بازیکن عامل اصلی است.»
مسابقات جام جهانی هر چهار سال یکبار برگزار می‌شود و در آن برخی از ماهرترین بازیکنان جهان پشت ضربات آزاد قرار می‌گیرند، با دقت هدف می‌گیرند و به سمت دروازه شوت می‌کنند.
همه‌ی بازیکنان سعی می‌کنند توپ را به گوشه بالایی دروازه هدایت کنند، معمولا از بالای دیواری دفاعی بازیکنان تیم مقابل و به دور از دستان دروازه بانی که به سمت آن خودش را پرتاب کرده است. با این حال، زمانی که چنین ضرباتی در جام جهانی گل نمی‌شود، معمولاً فرد ضربه زننده مورد سرزنش قرار می‌گیرد. در جام جهانی 2010 آفریقای جنوبی بازیکنان، هواداران و کارشناسان همگی معتقد ودند که وپ رسمی جدید آن دوره از مسابقات – که طبق اصول جام جهانی در هر دوره مدل جدیدی معرفی می‌شود – علت این اتفاق بوده است. بسیاری از افرادی که این را می‌گویند ممکن است به دنبال بهانه باشند. با این حال محققان معتقدند که تغییرات جزئی بر روی توپ‌های فوتبال بر نحوه حرکت آن‌ها در هوا تأثیر می‌گذارد.
آن‌ها بر این باورند که سطح توپ‌ها عاملی واقعاً مهم است که موجب تغییر در نحوه حرکت توپ‌های فوتبال می‌شود. کنترل یک توپ نرم‌تر، مانند «جابولانی» که در جام جهانی 2010 مورد استفاده قرار گرفت، دشوارتر است. توپ مورد استفاده در مسابقات جام جهانی 2014 در برزیل، که «برازوکا» نام داشت دارای درزهایی بود که بیش از 50 درصد عریض‌تر بودند. همین عامل باعث می‌شد که توپ در هنگام پرواز صاف‌تر حرکت کند و قابل پیش بینی‌تر باشد.
جان بوش، استاد ریاضیات کاربردی در دانشگاه MIT و نویسنده مقاله‌ای در مورد آیرودینامیک توپ‌های فوتبال می‌گوید: «جزئیات جریان هوا در اطراف توپ پیچیده است و به طور ویژه به میزان زبری توپ بستگی دارد. اگر توپ کاملا صاف باشد، توپ به سمت اشتباهی خم می‌شود.» منظور بوش از « سمت اشتباه» این است که دو توپ مشابه که دقیقاً به یک شکل، توسط یک بازیکن شوت شده‌اند، بسته به سطح آن توپ‌ها می‌توانند در دو جهت مخالف هم منحرف شوند.
مگنوس، با مسی آشنا شو!
این اتفاق ممکن است بیافتد، زیرا به نظر می رسد این سوال که یک توپ در حال چرخش چگونه در هوا منحرف می‌شود، یک پاسخ علمی دارد: اثر مگنوس. این پدیده برای اولین بار توسط آیزاک نیوتن توصیف شد. او متوجه شد که در تنیس، ضربه‌ی چرخشی به سمت بالا باعث پایین آمدن توپ می‌شود، در حالی که ضربه‌ی چرخشی به سمت پایین مسیر حرکت آن را ف می‌کند.
در فوتبال همین پدیده معمولاً در مورد ضربات آزاد، ضربات کرنر، سانترهای از جناحین، و انواع دیگر پاس‌ها یا شوت‌ها، اتفاق می‌افتد. بازیکنی که توپ را شوت می‌کند، در حین ضربه، با پای خود چرخشی ایجاد می‌کند که موجب چرخیدن توپ در هوا می‌شود و به توپ کات می‌دهد. برای یک بازیکن راست پا، تکنیک طبیعی این است که پای خود را به سمت بیرونی توپ حرکت دهد و یک ضربه یا پاس با چرخشی از راست به چپ ایجاد کند. ضربه طبیعی بازیکن چپ پا از چپ به راست می‌پیچد.
تا اینجا، هواداران فوتبال احتمالاً می‌توانند تصویر ستاره‌هایی مانند لیونل مسی، آندره آ پیرلو یا مارتا، فوق ستاره فوتبال زنان را که این کار را انجام می‌دهند، در ذهن مجسم کنند. اما این نوع ضربه به زبری سطح توپ بستگی دارد. بدون این ویژگی، هنر کلاسیک کات دادن به توپ در دنیای فوتبال از بین می‌رود. همانطور که بوش در مقاله خود با عنوان «آیرودینامیک بازی زیبا» از کتاب «فیزیک ورزشی» اشاره می‌کند.
بوش می‌گوید: «واقعیت این است که اثر مگنوس می‌تواند جهت توپ را تغییر دهد. مردم متوجه این واقعیت نمی‌شوند.» با توجه به این ویژگی، جهت کات یک توپ کاملاً صاف ممکن است معکوس شود. یعنی همان ضربه‌ی چرخشی که در حالت عادی باعث ایجاد کات پاس یا شوت از راست به چپ می‌شود، ممکن است موجب ایجاد کات در جهت مخالف و از چپ به راست شود.
در یک تحقیق، بازیکنی به دو توپ متفاوت ضربه می‌زند، یکی با سطح صاف و دیگری با یک نوار الاستیک که دور آن پیچیده شده است. هر دو توپ با داخل پاي او زده مي‌شوند تا چرخش خلاف جهت عقربه‌هاي ساعت در آن ايجاد کند. با این حال، توپ صاف در جهت مخالف توپ نواری کات می‌گیرد. وجود نوار الاستیک، لایه مرزی روی سطح توپ را از آرام به آشفته تغییر می‌دهد. به همین دلیل است که همه توپ های فوتبال دارای مقداری زبری سطحی هستند. در غیر این صورت، آن‌ها در جهت مخالف منحرف می‌شدند.
اما چرا این اتفاق می‌افتد؟
بوش می‌گوید که این پدیده به دلیل نحوه ایجاد حرکت در ایه مرزی است که توسط سطح توپ ایجاد می‌شود و بین توپ در حال چرخش و هوا در جریان است. هر چه سطح توپ زبرتر باشد، اثر مگنوس به صورت مثبت بر روی آن اثر می‌گذارد و توپ در جهت مورد انتظار بازیکن منحرف می‌شود.
همچنین طبق گفته‌ی بوش، اگر سطح توپ صاف باشد، باعث می‌شود جریان به آرامی در لایه مرزی حرکت کند، ولی اگر سطح دارای آشفتگی و ناهمواری باشد، در این صورت گرداب‌هایی از هوا در لایه مرزی وجود خواهد داشت. هوا در لایه مرزی با توجه به سرعت چرخش توپ، در نقاط مختلف از سطح آن از حالت آرام به آشفته تغییر می‌کند. این اختلافات ناشی از زبری سطح و دوخت توپ است. اگر الگوی پنل‌های تشکیل دهنده‌ی توپ عوض شود محل این نقاط جابه‌جا شده و توزیع فشار عوض می‌شود. در این حالت اثر مگنوس علامت منفی خواهد داشت.
از برزیل: «کبوتر بدون بال»
البته دلیل اینکه معکوس کردن اثر مگنوس تا حد زیادی قابل تشخیص نیست، به این دلیل است که توپ‌های فوتبال کاملاً صاف نیستند. اما در طول دهه‌ها در این جهت حرکت کرده‌اند. این در حالی است که در سایر ورزش‌ها، مانند بیسبال و کریکت، قوانین سخت‌گیرانه‌ای در مورد دوخت روی توپ وجود دارد. البته در فوتبال تا قبل از معرفی Brazuca (توپ جام جهانی 2014) چنین نبود و پیشرفت‌های فناوری تا حد زیادی متمرکز بر تولید توپ‌هایی با طرح‌هایی شیک‌تر و صاف‌تر بود.
با این حال، داستان هنوز ادامه دارد. زیرا گاهی اوقات بازیکنان به گونه‌ای به توپ ضربه می‌زنند تا چرخش بسیار کمی به آن بدهند. در این حالت، توپ به طور غیرقابل پیش‌بینی از یک طرف به سمت دیگر منحرف می‌شود. برزیلی‌ها نامی برای این پدیده گذاشته‌اند: “pombo sem asa” یا “کبوتر بدون بال”.
در این مورد، بوش می‌گوید: «حرکت عجیب نوسانی توپ در یک ضربه آزاد به این دلیل به وجود می‌آید که نقاط انتقال لایه مرزی در طرف‌های مقابل توپ متفاوت است.» از آنجا که توپ چرخش اولیه ندارد، رکت هوای اطراف توپ بر رواز آن بیشتر أثیر می‌گذارد. او می‌گوید: «توپ که در زمان برخورد ضربه منقبض می‌شود در پاسخ به توزیع فشاری که دائماً در حال تغییر است، حرکت می‌کند».
علاقه خود بوش به این موضوع ناشی از این است که او یک فوتبالیست و هوادار مادام العمر است. کسی که در دفتر کارش می‌نشیند و کلیپ‌هایی از بهترین ضربات آزاد که دیده است را جمع‌آوری می‌کند. بوش با خوشحالی کلیپی از ضربه آزاد معروف روبرتو کارلوس برزیلی در بازی سال 1997 مقابل فرانسه پخش می‌کند. ضربه‌ای که در آن کارلوس از قسمت بیرونی پای چپ خود استفاده کرد و از اثر «مثبت» مگنوس برای گلزنی از روی یک ضربه آزاد خمشی ظالمانه استفاده کرد. بوش می‌گوید: «این بهترین ضربه آزادی است که تا کنون زده شده است.» او کلاه استادی‌اش را بر سر می‌گذارد و می‌افزاید: «من فکر می‌کنم مهم است که مردم را تشویق کنیم تا همه چیز را بفهمند. حتی در رایج ترین چیزها، فیزیک ظریف و جالبی وجود دارد.»
منبع: Forbes.com
