Speedball i VM

Fotballen er rund (i alle fall hvis vi ikke snakker om amerikansk fotball). Det er ingen nyhet. Men ballen som brukes i forbindelse med VM 2010 er enda rundere.  Den er ikke sydd sammen slik som ellers er vanlig, men limt og sveiset sammen. Dermed får den en mer perfekt rund overflate, og spillerne klager på at den oppfører seg unormalt.

Det er ikke overraskende, for den er ikke helt glatt. Den har riller i et nøye uttenkt mønster, og det fører til at luftstrømmen rundt den blir annerledes enn om den hadde vært glatt. I stedet for at lufta «limer» seg til overflaten, for så å plutselig slippe taket omtrent midtveis nede på ballen og lage en stor virvel bak den som bremser, vil lufta få et tynt turbulent lag tett ved overflaten. Da kan lufta følge ballens overflate lenger, virvelen bak blir mindre, og luftmotstanden reduseres. (det er av samme grunn golfballer har en masse små groper.) Dermed kan ballen fly lengre med samme spark, og ellers oppføre seg annerledes enn man er vant til.

Luftmotstanden til en gjenstand kan beskrives som produktet av arealet på tvers av fartsretningen, multiplisert med kvadratet av hastigheten multiplisert med luftmotstandkoeffisienten. Og luftmotstandskoeffisienten varierer med hastigheten, eller rettere sagt med et dimensjonsløst tall som kalles Reynolds tall, og som er proporsjonalt med hastigheten. For en glatt kule ser luftmotstandskoeffisienten slik ut: 
Kurven viser hvordan luftmotstandskoeffisienten for en kule varierer med Reynolds tall (Re). For en fotball tilsvarer Re = 100 000 en hastighet på 7 m/s, eller 25 km/t, og Re = 1 000 000 tilsvarer 70 m/s, eller 250 km/t. Omtrent ved Re = 300 000 ser vi at luftmotstanden plutselig faller med en faktor på omtrent 5. Det som skjer ved dette kritiske Reynoldstallet er at luftstrømmen i grensesjiktet rundt kula går over fra å være laminær til å bli turbulent, lufta er ikke lenger limt fast til overflaten på kula. Det betyr at en fotball som blir sparket i gang med en hastighet høyere enn ca 20m/s møter lav luftmotstand. Men når den så bremses ned til hastighet under 20 m/s, blir plutselig luftmotstanden fem ganger så stor, og ballen mister hastighet raskere. Men det kritiske reynoldstallet på ca 300 000 gjaldt en glatt kule. En fotball, enten ny eller gammel type, er ikke helt glatt, så det kritiske reynoldstallet er nok litt annet enn for en glatt kule.
Og den nye fotballtypen har nettopp riller i overflaten for lettere å gjøre luftstrømmen i grensesjiktet turbulent. Da blir kritisk reynoldstall lavere. Dermed vil denne kanskje beholde den lave luftmotstanden til hastigheten er kommet ned i, (for eksempel) 15 m/s. Da flyr den lengre før den bremses, og oppfører seg derfor annerledes en de gamle typene. I tillegg vil den, fordi den drar med seg lufta på en annen måte, sannsynligvis også oppføre seg annerledes hvis dan har en rotasjon, altså den skrur annerledes.
Kort sagt, fysikken gjør at ballen oppfører seg på en annen måte enn mange spillere er vant til, og da kan jo spillerne få enda en unnskyldning når de bommer på målet eller målvakten bommer på ballen.

En klargjøring: Noen vil kanskje protestere og si at luftmotstanden øker når luftstrømmen blir turbulent. Det gjelder for eksempel strømning i et rør. Men når det gjelder strømningen rundt en kule, vil et turbulent grensesjikt føre til at luftstrømmen følger overflaten lenger rundt kula, og område med undertrykk i bakkant som holder den tilbake blir mindre. Det gjør at luftmotstanden totalt sett blir lavere over det kritiske reynoldstallet.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s