Το φαινόμενο Magnus και η μπάλα στο Μουντιάλ

Άρθρο, Ιούνιος 2006

Το φαινόμενο Magnus είναι το όνομα που δόθηκε σε ένα φυσικό φαινόμενο, το οποίο παρουσιάζεται όταν κινείται μια περιστρεφόμενη μπάλα στον αέρα ή σε ένα άλλο ρευστό. Το φαινόμενο αυτό είναι προϊόν διαφόρων φαινομένων συμπεριλαμβανομένου και του φαινομένου Bernoulli καθώς και του σχηματισμού οριακών στρωμάτων στο ρευστό μέσο γύρω από το κινούμενο αντικείμενο.

Κάθε περιστρεφόμενο αντικείμενο - στην προκειμένη περίπτωση η μπάλα - δημιουργεί ένα είδος δίνης από περιστρεφόμενο αέρα γύρω του. Στην μια πλευρά του αντικειμένου, η κίνηση της δίνης θα είναι στην ίδια κατεύθυνση με το ρεύμα του αέρα μέσα στο οποίο κινείται η μπάλα, γι αυτό και σε αυτήν την πλευρά η ταχύτητα θα αυξηθεί. Από την άλλη δε πλευρά, η κίνηση της δίνης είναι στην αντίθετη κατεύθυνση του ρεύματος και βεβαίως η ταχύτητα θα μειωθεί. Όμως η πίεση του αέρα γύρω από την μπάλα είναι πιο χαμηλή από την ατμοσφαιρική πίεση κατά ένα παράγοντα ανάλογο προς το τετράγωνο της ταχύτητας, έτσι η πίεση θα είναι πιο χαμηλή στην μια πλευρά της από όσο την άλλη, κάτι που δημιουργεί μια ασύμμετρη δύναμη κάθετη στον αέρα.

Με άλλα λόγια όταν ιδιοπεριστρέφεται η μπάλα καθώς κινείται δημιουργεί χαμηλή πίεση (αυξημένη ταχύτητα αέρα) εκεί που η περιστροφή έχει την ίδια κατεύθυνση με το ρεύμα του αέρα, και υψηλή πίεση (χαμηλή ταχύτητα αέρα) στην άλλη πλευρά της μπάλας. Αναγκάζεται λοιπόν η μπάλα να ακολουθήσει μια πορεία προς τα πάνω ή προς τα κάτω ανάλογα με την περιστροφή.

Ο γερμανός φυσικός Heinrich Magnus περιέγραψε για πρώτη φορά το φαινόμενο αυτό το 1853 αλλά,  σύμφωνα με τον Gleick, και ο Ισαάκ Νεύτωνας περιέγραψε και εξήγησε το φαινόμενο σωστά για την αιτία του φαινομένου, 180 χρόνια πιο νωρίς από τον Magnus, όταν παρατήρησε τους παίκτες που έπαιζαν τένις στο Κολέγιο του Καίμπριτζ.

Τι επίδραση έχει τελικά το φαινόμενο Magnus σε μια μπάλα που περιστρέφεται (κτυπιέται φάλτσο) στο Μουντιάλ; Θα δέχεται μία δύναμη κάθετη που αναγκάζει την μπάλα να κινηθεί σε καμπύλη τροχιά σαν 'μπανάνα'.

Το φαινόμενο αυτό ενισχύεται με την νέα μπάλα - την Teamgeist - που παρουσιάστηκε στο Μουντιάλ. Η κατασκευή της είναι τέτοια που αν ένας παίκτης κτυπήσει φάλτσο τη μπάλα ακολουθεί στην αρχή μια ευθύγραμμη πορεία και στα τελευταία μέτρα ξαφνικά κάνει μια απρόσμενη δεξιά στροφή που η απόκρουσή της είναι φυσικώς αδύνατη. Με μια παραδοσιακή μπάλα η κίνηση της είναι προβλέψιμη, ενώ με τη νέα μπάλα της Αντίντας το σουτ δεν μπορεί να προβλεφτεί από κανένα τερματοφύλακα. Με ένα τέτοιο σουτ  μπήκε το τέταρτο γκολ των Γερμανών εναντίον της Κόστα Ρίκα. Ίσως στο φαινόμενο αυτό να οφείλεται και η ικανότητα του Μπέκαμ να βάζει γκολ με κτυπήματα φάουλ.

Το φαινόμενο Magnus δεν είναι το μόνο που προκαλεί την εκτροπή της μπάλας. Εκτός από τη δύναμη του Magnus, το οριακό στρώμα της ροής καθυστερεί στην πλευρά που κινείται στην ίδια κατεύθυνση με την ελεύθερη ροή του ρεύματος, και προηγείται στην πλευρά που κινείται αντίθετα στη ροή. Η ροή του αέρα τότε εκτρέπεται μακριά από την πλευρά που κινείται αντίθετα στη ροή, και αυτή η αλλαγή στη ροή ισορροπείται από μια αλλαγή της ορμής στο αντικείμενο στην αντίθετη κατεύθυνση. Οτιδήποτε λοιπόν που αναστατώνει το στρώμα του ορίου επομένως θα τείνει να ισιώσει την τροχιά. Αυτός είναι ο λόγος που υπάρχουν τα λακκάκια σε μια μπάλα του γκολφ: Αναστατώνουν τη ροή γύρω από τη μπάλα και τείνουν να ελαττώσουν τα αποτελέσματα της περιστροφής, καθώς επίσης βοηθούν να μειώσουν την έλξη της πίεσης λόγω της αρχικής αποσύνδεσης ροής.

Το ίδιο φαινόμενο εκτός από το ποδόσφαιρο παρατηρείται και στο γκολφ, το μπέιζ-μπώλ, στο κρίκετ. γρύλος και στην επιτραπέζια αντισφαίριση (πινγκ-πονγκ). Οι ρακέτες της επιτραπέζιας αντισφαίρισης συχνά καλύπτονται από στρώματα από λάστιχο για να για να διευκολύνουν την περιστροφή.

Αλλά το φαινόμενο Magnus υπάρχει και στις σφαίρες, που είναι γνωστό ως "κλίση περιστροφής". Μια περιστρεφόμενη σφαίρα υπόκειται κατά την κίνηση της συχνά σε ένα πλευρικό άνεμο. Στην απλή περίπτωση του οριζόντιου αέρα, ανάλογα με την κατεύθυνση της περιστροφής, το φαινόμενο Magnus εξασκεί μια προς τα πάνω ή προς τα κάτω δύναμη πάνω στο βλήμα, που έχει επιπτώσεις στο σημείο που θα πέσει. Ακόμη και σε μια πλήρη νηνεμία, χωρίς κανένα πλευρικό άνεμο, μια πραγματική σφαίρα κατά την κίνηση της θα δοκιμάσει μια μικρή δύναμη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι πραγματικές σφαίρες έχουν μια απόκλιση που αναγκάζει την άκρη της σφαίρας να δείχνει σε μια ελαφρώς διαφορετική κατεύθυνση στην οποία η σφαίρα ταξιδεύει στην πραγματικότητα. Αυτό σημαίνει ότι η σφαίρα "ολισθαίνει" λοξά σε οποιαδήποτε στιγμή. Εν γένει, η επίδραση της δύναμης Magnus σε μια σφαίρα δεν είναι σημαντική όταν συγκριθεί με άλλες δυνάμεις όπως είναι η έλξη.

Πηγές: BBC, Εγκυκλοπαίδεια δικτύου Wikipedia