Книга Футболоматика - Дэвид Самптер

Свечка от Златана имеет относительно простую аэродинамику. Основная сила – гравитация, а уравнения те же, что и в школьной программе физики. Златан применяет начальную восходящую силу, а сила тяжести обеспечивает ускорение вниз. Однако это не так просто. В приведенных выше расчетах я упростил ситуацию, проигнорировав здесь другие силы. Сопротивление воздуха замедляет мяч; также Златан подкручивает мяч, и тот, вращаясь, залетает в ворота. Есть о чем задуматься, прежде чем смоделировать движение мяча в полете.

К счастью, группа ракетостроителей делает все необходимое. NASA проводит целую исследовательскую программу, посвященную аэродинамике мяча. Ученые даже создали онлайн-симулятор удара, в котором вы можете ввести позицию, направление, силы и скорость вращения мяча и рассчитать, попадет ли он в цель[52]. У меня нет ресурсов NASA, но я добавил торможение из-за сопротивления воздуха в мой собственный симулятор бисиклет Златана. Один из смоделированных голов показан на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4. Аэродинамика удара Златана Ибрагимовича с учетом сопротивления.

Сопротивление является значительным: из-за него мяч падает под углом, который круче угла запуска. На рисунке 5.4 показано, что мяч запускается под углом 27°. Однако, когда он залетел в ворота, его угол по отношению к земле составил около 80°. Тот факт, что мяч падает более круто, означает, что полоса сочетания скорости и угла запуска сужается. То есть, если по мячу ударить немного сильнее, он будет проходить над перекладиной, если не добить – отскочит перед воротами. Когда Златан наносил удар, он подкрутил мяч, чтобы противодействовать сопротивлению воздуха и сделать траекторию похожей больше на гравитационную параболу. Когда мяч отлетел от его ноги, швед, должно быть, сразу понял, что совершил что-то исключительное. Мяч совершил нужный вираж и приземлился точно в воротах англичан.

Траектория каждого мяча в футбольном матче определяется такими деталями, как подкрутка и сопротивление воздуха[53]. На высоких скоростях также важны материал, из которого изготовлен мяч, и его физические характеристики. Производители пытаются устранить разницу в покрытии, хотя покрышка всех мячей состоит из сшитых вместе панелей. Вариации в конфигурации этих панелей и швов между ними означают, что разные мячи создают отличные друг от друга модели турбулентности вокруг них. Траектории этих мячей могут отличаться друг от друга, даже если они будут запущены абсолютно одинаково.

В ходе подготовки к чемпионату мира 2014 года в Бразилии инженеры NASA решили протестировать различные футбольные мячи. На чемпионате мира в Южно-Африканской Республике появились жалобы на то, что мяч Jabulani (именно он использовался в матчах турнира) двигается «сверхъестественно». Такие претензии сложно проверить, и они могут оказаться попытками вылетевших команд переложить вину на что-то другое. Поэтому NASA решило поместить Jabulani в аэродинамическую трубу и проверить его. Jabulani был гораздо более гладким, чем использовавшиеся ранее, – вместо традиционных 32 панелей он состоял всего из 8. Швы, соединяющие панели, создают неровности поверхности, поэтому меньшее количество панелей сделало мяч более гладким.

Однако оказалось, что гладкий мяч не обязательно летит более «гладко». Когда по Jubalani били очень сильно, он изгибался и раскачивался в воздухе. При ударе на небольшой скорости и без подкрутки все мячи меняют траекторию, поскольку траектория мяча нестабильна. Голкиперу легче среагировать на удары с низкой скоростью полета, поэтому изменение траектории в таком случае не является проблемой. Тем не менее Jabulani извивался и при более быстрых ударах в исполнении лучших игроков. Именно этот эффект мешал голкиперам справляться с такими ударами.

NASA продолжило тестирование нового мяча Brazuca, который будет использоваться на чемпионате мира 2014 года в Бразилии. Хотя у Brazuca еще меньше панелей (всего шесть), на них сделаны небольшие углубления, а швы на мяче длиннее. Эта шероховатость поверхности означает, что Brazuca меняет траекторию только при низких скоростях и, следовательно, летит более надежно при сильном ударе.

Исследователи в Японии пошли еще дальше, чем ученые NASA[54]. Они создали робота, который должен был систематически и с одинаковой силой бить по мячам Brazuca, Jabulani и еще нескольким видам. С каждым типом мяча проводили несколько испытаний, причем каждый раз мяч устанавливали с разной начальной ориентацией, чтобы нога робота попадала на разные панели. Когда он бил по мячу со скоростью 30 метров в секунду (очень сложный удар в профессиональном футболе), полет Jabulani сильно зависел от того, на какую часть покрышки пришелся удар. Исследователи установили цель в 25 метрах, заставили робота бить прямо, без подкрутки, и наблюдали, куда попадет мяч. В зависимости от ориентации Jabulani место контакта с целью могло отличаться на два метра – очень большая вариация, если вы хотите попасть в ворота высотой 2,44 м. Brazuca показал более стабильные результаты, а изменение первоначальной ориентации незначительно влияло на точку контакта с целью. Однако такую же стабильность проявил и традиционный мяч из 32 панелей – его исследователи тоже протестировали. Как показал робот-футболист, старый добрый мяч FIFA так же надежен, как и Brazuca, состоящий из шести панелей.