Мяч Al Rihla с чемпионата мира 2022 показал чемпионскую аэродинамику

На каждом чемпионате мира игроки берут новый мяч. Чемпионат мира по футболу 2022 года в Катаре не стал исключением. Но никто не хочет, чтобы ключевая деталь самого важного турнира повела себя как-то неожиданно, поэтому много работы уходит на то, чтобы мяч Кубка мира казался игрокам знакомым и предсказуемым.

Профессор физики Джон Гофф (John Eric Goff) изучает физику спорта в Университете Линчберга. Несмотря на возможные проблемы с коррупцией и правами человека, о которых громко кричат некоторые страны, в футболе всё ещё сохраняется красота и гармония. Предлагаем анализ нового мяча чемпионата мира.

Физика сопротивления

Помимо ударов по воротам, штрафных ударов и длинных передач многие важные моменты футбольного матча происходят в тот момент, когда мяч находится в воздухе. Да-да, не удивляйтесь, но одной из важнейших характеристик футбольного мяча является его поведение в воздухе.

Поведение воздуха на низких скоростях мяча. Фото сделано в аэродинамической трубе. 

Когда мяч движется в воздухе, его частично окружает тонкий слой преимущественно неподвижного воздуха, который называется пограничным слоем. На низких скоростях этот пограничный слой будет покрывать только переднюю половину мяча. В этом случае след воздуха за шаром регулярен и называется ламинарным течением.

Поведение воздуха на высоких скоростях мяча
Поведение воздуха на высоких скоростях мяча

Однако, когда мяч движется быстро, пограничный слой охватывает шар намного сильнее, покрывая большую поверхность. Когда поток воздуха в конце концов отделяется от поверхности шара, он делает это серией хаотических завихрений. Этот процесс называется турбулентным течением.

При расчёте силы, с которой воздух действует на движущийся объект (сопротивление), физики используют термин, называемый коэффициентом сопротивления. Для данной скорости актуально правило: чем выше коэффициент сопротивления, тем большее сопротивление ощущает объект.

Коэффициент аэродинамического сопротивления футбольного мяча примерно в 2,5 раза больше при ламинарном течении, чем при турбулентном. Хотя это может показаться нелогичным, но дополнительные шероховатости поверхности мяча задерживают отделение пограничного слоя и дольше удерживают мяч в турбулентном потоке. Это физический факт — более шероховатые мячи «ощущают» меньше сопротивления. Именно поэтому мячи для гольфа с ямочками на поверхности летят намного дальше, чем без оных.

Когда дело доходит до изготовления хорошего футбольного мяча, решающее значение имеет скорость перехода воздушного потока от турбулентного к ламинарному. В момент этого перехода мяч начинает резко замедляться. Если ламинарный поток начинается со слишком высокой скорости, мяч начинает замедляться быстрее, чем мяч, который дольше поддерживает турбулентный поток. Грубо говоря, вихляет в воздухе, становясь непредсказуемым.

Эволюция мяча для чемпионата мира

Adidas Telstar c  чемпионатов мира 1970 и 1974 годов
Adidas Telstar c  чемпионатов мира 1970 и 1974 годов

Adidas поставляет мячи для чемпионатов мира с 1970 года. До 2002 года каждый мяч выглядел одинаково и состоял из 32 панелей. 20 шестиугольных и 12 пятиугольных панелей традиционно изготавливались из кожи и сшивались вместе.

Новая эра началась с чемпионата мира 2006 года в Германии. Мяч 2006 года, названный Teamgeist, состоял из 14 гладких синтетических панелей, которые были скреплены термически, а не сшиты. Более плотное клеевое соединение не позволяло воде проникать внутрь мяча в дождливые и влажные дни.

Создание мяча из современных материалов с использованием новых технологий и меньшего количества панелей влияет на полёт мяча в воздухе. На последних трёх чемпионатах мира Adidas пытался сбалансировать количество панелей, свойства швов и текстуру поверхности, чтобы создавать мячи с правильной аэродинамикой.

Более гладкий мяч Jabulani с чемпионата мира 2010 года в Южной Африке получил много критики за медлительность в воздухе. 
Более гладкий мяч Jabulani с чемпионата мира 2010 года в Южной Африке получил много критики за медлительность в воздухе. 

Восьмипанельный мяч Джабулани (Jabulani) на чемпионате мира по футболу в Южной Африке 2010 года обладал текстурированными панелями, компенсирующими более короткие швы и меньшее количество этих самых панелей. Однако, несмотря на усилия Adidas, мяч вызывал споры, например, многие игроки жаловались на резкое торможение. Особенно громко критика звучала в ходе чемпионата мира — мяч летел по непредсказуемым траекториям, поэтому вратарям пришлось несладко. Как и нападающим, чьи мячи летели куда угодно, но только не в задуманный угол ворот.

После проверки мяча в аэродинамической трубе оказалось, что он в целом слишком гладкий и поэтому имеет более высокий коэффициент аэродинамического сопротивления, чем мяч 2006 года, получивший название Teamgeist. Кстати, его тоже критиковало большинство топовых игроков незадолго до Чемпионата мира. Бразилец Роберто Карлос и англичанин Пол Робинсон утверждали, что мяч чересчур лёгкий и плохо ведёт себя при намокании. Так как у новой модели было меньшее количество швов, уменьшалось сопротивление воздуха из-за чего изменялась и траектория полёта. Сделанный по похожей технологии мяч Wawa Aba для Кубка африканских наций 2006 года также подвергся критике со стороны египтянина Хосни абд-Рабо, который сказал, что с этим мячом просто невозможно делать нормальный пас.

Мячи чемпионата мира по футболу для Бразилии в 2014 году — Brazuca — и для России в 2018 году — Telstar 18 — оба имели шесть панелей странной формы. Хотя они имели разные текстуры поверхности, в целом у них была одинаковая общая шероховатость поверхности и, следовательно, схожие аэродинамические свойства. Игрокам в целом нравились Brazuca и Telstar 18, но некоторые жаловались, что Telstar 18 легко лопается.

Француз Килиан Мбаппе — одна из многих футбольных звезд, которые игрют новым мячом Al Rihla на чемпионате мира 2022 года в Катаре
Француз Килиан Мбаппе — одна из многих футбольных звезд, которые игрют новым мячом Al Rihla на чемпионате мира 2022 года в Катаре

Мяч Al Rihla чемпионата 2022 года

Новый футбольный мяч для чемпионата мира по футболу в Катаре называется Al Rihla.

Al Rihla сделан с использованием чернил и клея на водной основе и состоит из 20 панелей. Восемь из них представляют собой маленькие треугольники с примерно равными сторонами, а остальные 12 крупнее и имеют форму рожка мороженого.

Чтобы сделать Al Rihla более шершавым и аэродинамичным, Adidas снабдил поверхность небольшими ямочками
Чтобы сделать Al Rihla более шершавым и аэродинамичным, Adidas снабдил поверхность небольшими ямочками

Вместо того, чтобы использовать выпуклые текстуры, как у предыдущих мячей, для увеличения шероховатости Al Rihla покрыт ямочками, благодаря чему поверхность ощущается более гладкой по сравнению с предшественниками.

Чтобы компенсировать это ощущение гладкости, швы Al Rihla стали шире и глубже. Возможно, создатели извлекли уроки из ошибок слишком гладкого Jabulani, у которого были самые мелкие и короткие швы среди мячей последних чемпионатов мира, и который, по мнению многих игроков, был медленным в воздухе.

В Японии протестировали четыре последних мяча для чемпионата мира в аэродинамической трубе Университета Цукуба.

Когда поток воздуха переходит от турбулентного к ламинарному, коэффициент лобового сопротивления быстро возрастает. Когда это происходит в полете, мяч внезапно испытывает увеличение сопротивления и резко замедляется.

Большинство мячей для Кубка мира совершали этот переход со скоростью примерно 58 км/ч. Как и ожидалось, Jubalani является исключением, его скорость перехода составляет около 82 км/ч. Учитывая, что большинство штрафных ударов начинаются со скорости, превышающей 97 км/ч, понятно, что игроки чувствовали медлительность и непредсказуемость Jubalani. Al Rihla имеет аэродинамические характеристики, очень похожие на своих двух предшественников, и даже может двигаться немного быстрее.

Конечно, на каждый новый мяч чемпионата мира кто-нибудь жалуется, но наука показывает, что Al Rihla должен показаться игрокам привычным и знакомым. Посмотрим, что скажут игроки об этом мяче.


Что ещё интересного есть в блоге Cloud4Y

→ Информационная безопасность и глупость: необычные примеры

→ It’s Alive! Аккордеон из двух Commodore 64 и дискет

→ Как распечатать цветной механический телевизор на 3D-принтере

→ Создание e-ink дисплея с прогнозом погоды

→ Аналоговый компьютер Telefunken RA 770

Подписывайтесь на наш Telegram-канал, чтобы не пропустить очередную статью. Пишем только по делу. А ещё напоминаем про второй сезон нашего сериала ITить-колотить. Его можно посмотреть на YouTube и ВКонтакте.

 

Источник

Читайте также