Credito:Unsplash/CC0 di dominio pubblico
Solo una manciata di ricercatori ha studiato il motivo per cui un football americano vola in una traiettoria così unica, solcando l'aria con notevole precisione, ma anche sterzando, oscillando e persino ruzzolando mentre vola verso il basso. Ora, gli esperti di balistica dello Stevens Institute of Technology hanno applicato per la prima volta la loro conoscenza dei proiettili di artiglieria per spiegare questo movimento unico, creando il modello più preciso fino ad oggi del volo di un pallone da calcio a spirale.
"Quando un quarterback effettua un buon passaggio a spirale, la traiettoria della palla è notevolmente simile a quella di un proiettile di artiglieria o di un proiettile, e i militari hanno investito enormi risorse nello studio del modo in cui volano quei proiettili", ha spiegato John Dzielski, una ricerca di Stevens professore e ingegnere meccanico il cui lavoro è riportato in Open Journal of Engineering dell'American Society of Mechanical Engineers. "Utilizzando equazioni balistiche ben note, siamo stati in grado di modellare il volo di un pallone in modo più preciso che mai."
In effetti, ha detto Dzielski, mentre le equazioni balistiche stesse non sono terribilmente complesse, i movimenti che prevedono possono esserlo. Le equazioni contengono molti termini che rappresentano tutti i modi in cui l'aria può influenzare il movimento di un guscio. La prima sfida consiste nel considerare ogni variabile a turno per determinare quali sono importanti se utilizzate in un contesto nuovo o diverso.
Dzielski e il co-autore Mark Blackburn, un ricercatore senior presso Stevens, hanno prima adottato un approccio esauriente, modellando tutto, dalla manualità di un quarterback all'effetto dei venti trasversali, all'impatto della rotazione terrestre, quindi hanno derivato equazioni che hanno eliminato i fattori che 'non influenzare sostanzialmente la traiettoria di volo di un calcio. Ad esempio, durante un passaggio di 60 yarde, la rotazione terrestre cambia il punto finale del passaggio di soli quattro pollici. "Si scopre che la rotazione terrestre non ha molto effetto su un pass per il calcio, ma almeno ora lo sappiamo per certo", ha detto Dzielski.
Modellare il volo di un calcio fa luce su ciò che separa i buoni passaggi da quelli cattivi. Dzielski e colleghi non solo hanno dimostrato che un passaggio a spirale può oscillare a un ritmo lento o veloce (o una combinazione di entrambi), ma sono stati anche i primi a calcolare quali sono quelle frequenze per un pallone da calcio. Se il pallone oscilla lentamente, allora è stato lanciato bene. Se oscilla rapidamente, il quarterback si è attorcigliato il polso (come girare un cacciavite) o ha spinto di lato mentre la palla veniva rilasciata. Il polso potrebbe essersi attorcigliato perché il quarterback è stato colpito.
"I quarterback e gli allenatori lo sanno già intuitivamente, ma siamo stati in grado di descrivere la fisica al lavoro", ha detto Dzielski.
Un'altra scoperta più sorprendente è stata che l'effetto Magnus, che fa scivolare o deviare una palla da baseball rotante a causa dei cambiamenti nella pressione dell'aria, ha un effetto notevolmente ridotto su una palla da calcio rotante. Un pallone da calcio ruota lungo l'asse sbagliato per attivare l'effetto Magnus, quindi qualsiasi deviazione nella traiettoria di volo deve provenire da una fonte diversa, come la portanza creata quando una palla si inclina nell'aria, ha spiegato Dzielski. "Molte persone credono che i palloni sterzino a destra oa sinistra a causa dell'effetto Magnus, ma non è affatto così. L'effetto della forza Magnus è circa il doppio dell'effetto della rotazione terrestre", ha detto.
Inoltre, Dzielski e Blackburn hanno mostrato, per la prima volta, che questa deviazione è intimamente connessa al motivo per cui la palla finisce a muso in giù alla fine del passaggio quando viene lanciata con il muso in su.
Sebbene il lavoro di Dzielski e Blackburn rappresenti fino ad oggi il modello più preciso della traiettoria di volo di un calcio, Dzielski ha avvertito che è ancora necessario ulteriore lavoro. Poiché un pallone da calcio gira e ruzzola mentre viaggia, è quasi impossibile utilizzare gli studi in galleria del vento per registrare con precisione l'aerodinamica di un pallone in movimento. "Ciò significa che non abbiamo ancora dati validi da inserire nel nostro modello, quindi creare una simulazione accurata è impossibile", ha affermato.
Nei prossimi mesi, Dzielski spera di trovare finanziamenti per strumenti in grado di acquisire dati aerodinamici da un calcio in volo libero in ambienti reali, non solo nelle gallerie del vento. "Questo è l'unico modo in cui saremo in grado di ottenere il tipo di dati di cui abbiamo bisogno", ha affermato. "Fino ad allora, un modo veramente preciso e accurato per modellare la traiettoria di un calcio rimarrà fuori portata". + Esplora ulteriormente
