Что такое эффект Магнуса?

Помимо ослепительного внешнего вида и забавного голоса Дэвид Бекхем известен своими кручеными ударами. Для начала он отбегал назад, а после свистка судьи, пробегал вперед и аккуратно бил по мячу правой ногой. Казалось, что мяч летит по неправильной траектории и не попадет в цель, но внезапно его начинало закручивать в нужном направлении.

Крученый Роберта Карлоса

Траектория полета мяча обманчива для вратаря: его закручивает достаточно для того, чтобы он смог влететь в границу ворот. Известным трюком такого рода остается “невозможный гол”, выполненный Роберто Карлосом в матче против Франции на чемпионате мира 1998 года. Вы могли стать свидетелем настоящего чуда.

Это явление можно наблюдать не только в футболе, но и в регби, теннисе, настольном теннисе, баскетболе, бейсболе и в любом виде спорта, который включает в себя мяч.

Более того, мячи не просто поворачиваются в одном направлении; крученые в бейсболе и футболе одинаково не любят как нападающие так и вратари за их волатильность. Этот вид движения называется эффектом Магнуса.

Что такое эффект магнуса?

Эффект назван в честь немецкого физика Густава Магнуса, который впервые описал его в 1853 году. Однако, первым, кто его обнаружил и понял его природу, был Исаак Ньютон. Наблюдая за теннисным матчем в Кембридже, Ньютон заметил, как при ударе снизу вверх (топ-спин) мяч падает быстрее, чем можно было бы ожидать. Напротив, подкручивание мяча определенным образом задавало ему обратное вращение, заставляя его осторожно подниматься и скользить над поверхностью на небольшой высоте.

Чтобы понять почему, давайте, сделаем самое необходимое для решения физических задач — нарисуем диаграмму.

Что такое эффект Магнуса?

На диаграмме изображен мяч, который летит вперед и поворачивается по часовой стрелке.”Решетка” из стрелок — это изображение сил сопротивления встречных потоков воздуха. Сопротивление воздуха — это то, что вы чувствуете, когда мчитесь на велосипеде, или выставляете руку из окна движущегося автомобиля.

Линии поля сопротивления направлены в одну сторону с движением нижней части мяча, и в противоположную с движением верхней части мяча. Первые создают область низкого давления, в то время как турбулентность на другой стороне мяча создает область высокого давления.

Эта разность давлений закручивает мяч по направлению перепада давления — от высокого к низкому. Это закручивание может быть вызвано действием некой силы. Она изображена стрелкой, перпендикулярной оси вращения, в направлении перепада давления, и называется силой Магнуса.

Что такое эффект Магнуса?

Сила Магнуса является следствием Третьего закона Ньютона. Эта сила равна и противоположна силе с которой воздух действует на мяч, в качестве реакции на силу, которую мяч оказывает на воздух.

Объект воздействует на воздух, и в качестве реакции воздух подталкивает объект в противоположном направлении. Эффект Магнуса можно увидеть на примерах бейсбольных мячей, теннисных мячей, мячей для крикета и пинг-понга. Эффект усиливается и становится более заметным как раз при игре в пинг-понг, из-за небольшого размера и маленькой плотности мячей. Правильный удар отбрасывает мячик дальше, и соперник не может его достать. Тот же принцип объясняет, как летают самолеты Флеттнера (моторные самолеты).

Крученые удары

Наконец, поговорим о крученых ударах, которые в бейсболе и футболе, выполняются благодаря эффекту Магнуса, проявляющемуся на невращающихся мячах. В этом случае мяч становится послушным, поддаваясь порывам встречного потока воздуха. При отсутствии вращения нет перепада давления, который управляет движением мяча.

Мяч закручивается непредсказуемо. Поэтому отбивающий не может предсказать траекторию движения мяча и точку куда он прилетит.

Конечно, для выполнения хорошего крученого удара требуются навыки — запускаешь мяч слишком медленно он приземляется преждевременно, слишком быстро — перелетит, не попав в цель. Конечно, точность удара может быть достигнута только после многих лет усиленных тренировок. Однако даже не может гарантировать стопроцентного результата.

 

Анастасия Савченко
Анастасия Савченко
Редактор, переводчик, сценарист. "Я многое умею. И уверенна, что могу научится делать гораздо больше."