Създаването на топка от нови материали, с нови техники и с по-малък брой панели променя начина, по който тя лети във въздуха.
Както при всяко Световно първенство, на Световното първенство по футбол през 2022 г. в Катар играчите ще използват нова топка. Последното нещо, което състезателите искат, е най-важната част от екипировката на най-важния турнир в най-популярния спорт в света да се държи по неочаквани начини, така че много работа е необходима, за да се гарантира, че всяка нова топка от Световното първенство се чувства позната на играчите.
Физика на съпротивлението
При ударите към вратата, свободните удари и дългите пасове, много важни моменти от футболния мач се случват, когато топката е във въздуха.
Една от най-важните характеристики на футболната топка е как се движи във въздуха. Когато топката се движи във въздуха, тънък слой предимно неподвижен въздух, наречен граничен слой, заобикаля част от топката.
При ниски скорости този граничен слой покрива само предната половина на топката, преди протичащият въздух да се отлепи от повърхността. В този случай следата от въздух зад топката е донякъде правилна и се нарича ламинарен поток. Когато топката се движи бързо обаче, граничният слой се увива много по-далеч около топката. Когато въздушният поток в крайна сметка се отдели от повърхността на топката, той го прави в поредица от хаотични завихряния. Този процес се нарича турбулентен поток.
Когато изчисляват каква сила придава движещият се въздух върху движещ се обект – наречено съпротивление – физиците използват термин, наречен коефициент на съпротивление. За дадена скорост, колкото по-висок е коефициентът на съпротивление, толкова повече съпротивление усеща обектът.
Оказва се, че коефициентът на съпротивление на футболна топка е приблизително 2,5 пъти по-голям за ламинарен поток, отколкото за турбулентен поток. Въпреки че може да изглежда контраинтуитивно, нагрубяването на повърхността на топката забавя отделянето на граничния слой и задържа топката в турбулентен поток по-дълго.
Този факт от физиката – че по-грубите топки изпитват по-малко съпротивление – е причината топките за голф с трапчинки да летят много по-далеч, отколкото биха летели, ако топките бяха гладки.
Когато става въпрос за направата на добра футболна топка, скоростта, с която въздушният поток преминава от турбулентен към ламинарен, е критична. Това е така, защото когато се случи този преход, топката започва драстично да се забавя.
Ако ламинарният поток започне с твърде висока скорост, топката започва да се забавя много по-бързо от топка, която поддържа турбулентен поток за по-дълго време.
Еволюция на топката за Световната купа
Adidas доставя топки за Световното първенство от 1970 г. насам.
До 2002 г. всяка топка е направена с емблематичната конструкция от 32 панела. 20-те шестоъгълни и 12 петоъгълни панела са традиционно направени от кожа и зашити заедно. Нова ера започва със Световното първенство през 2006 г. в Германия. Топката от 2006 г., наречена Teamgeist, се състои от 14 гладки, синтетични панела, които са термично свързани заедно, а не зашити.
По-плътното, залепено уплътнение предпазва водата да навлезе във вътрешността на топката в дъждовни и влажни дни. Създаването на топка от нови материали, с нови техники и с по-малък брой панели променя начина, по който топката лети във въздуха.
През последните три световни първенства Adidas се опитва да балансира броя на панелите, свойствата на шевовете и повърхностната текстура, за да създаде топки с правилната аеродинамика.
Топката Jabulani с осем панела на Световното първенство в Южна Африка през 2010 г. има текстурирани панели, за да компенсира по-късите шевове и по-малкия брой панели. Въпреки усилията на Adidas, Jabulani е доста противоречива топка, като много играчи се оплакваха, че рязко се забавя.
След като Джон Ерик Гоф и негови колеги физици анализират топката в аеродинамичен тунел, откриват, че Jabulani е твърде гладка като цяло и затова има по-висок коефициент на съпротивление от топката на Teamgeist от 2006 г.
Топките за Световното първенство за Бразилия през 2014 г. – Brazuca – и Русия през 2018 г. – Telstar 18 – имат шест панела със странна форма. Въпреки че имат леко различаващи се текстури на повърхността, те като цяло имат една и съща грапавост и следователно подобни аеродинамични свойства.
Играчите като цяло харесаха Brazuca и Telstar 18, но някои се оплакаха от тенденцията на Telstar 18 да изскача лесно.
Топката Al Rihla тази година
Новата топка за световното първенство в Катар е Al Rihla.
Al Rihla е направен с мастила и лепила на водна основа и съдържа 20 панела. Осем от тях са малки триъгълници с приблизително еднакви страни, а 12 са по-големи и оформени като фунийка за сладолед.
Вместо да използва повдигнати текстури за увеличаване на грапавостта на повърхността, както при предишните топки, Al Rihla е покрита с подобни на трапчинки елементи, които придават на повърхността й сравнително гладко усещане в сравнение с нейните предшественици.
За да компенсира по-гладкото усещане, шевовете на Al Rihla са по-широки и по-дълбоки, за да се избегнат грешките на прекалено гладката Jabulani, която има най-плитките и най-къси шевове от последните топки на Световното първенство и която много играчи смятат, че е бавна във въздуха .
Физици в Япония тестват последните четири топки за Световната купа в аеродинамичен тунел в университета в Цукуба.
Когато въздушният поток преминава от турбулентен към ламинарен поток, коефициентът на съпротивление нараства бързо. Когато това се случи с топка в полет, топката внезапно ще изпита рязко увеличение на съпротивлението и рязко ще се забави.
Повечето топки за Световната купа, които тестват, правят този преход при приблизително 36 мили/ч (58 км/ч). Както се очаква, Jubalani е изключение, със скорост на преход от около 51 мили/ч (82 км/ч). Като се има предвид, че повечето свободни удари започват да се движат със скорост над 60 мили/ч (97 км/ч), има защо играчите да смятат, че Jabulani е бавен и трудно предсказуем.
Al Rihla има аеродинамични характеристики, много подобни на двата си предшественика, и дори може да се движи малко по-бързо при по-ниски скорости.
Всяка нова топка се посреща с оплаквания от някого, но науката показва, че Al Rihla трябва да се чувства доста позната на играчите на тазгодишното Световно първенство.
Автор: Джон Ерик Гоф, професор по физика, университет в Линчбърг
Източник: The Conversation
