Niewidzialna noga fizyki

Tę historię można opowiedzieć z dwóch punktów widzenia. Jeden to perspektywa piłkarzy i kibiców. Drugi fizyków. Oczywiście fizyk może być i często jest kibicem (a czasami nawet graczem), ale żeby zachować psychiczną równowagę, lepiej nauczyć się rozdzielać te role. Nie można dobrze kopać piłki, każdorazowo analizując, przeliczając i szacując. Różnice ciśnień, przepływy turbulentne, prędkość, wilgotność… najlepsze komputery na świecie potrzebują na to godzin, dni. Trzeba zdać się na intuicję i doświadczenie. Jest raczej mało prawdopodobne, by brazylijski piłkarz Didi, który we wczesnych latach 50. XX wieku podobno jako pierwszy nauczył się korzystać z podkręcanych piłek, myślał o… efekcie Magnusa. By miał pojęcie o dynamice płynów. Cytat z Górskiego ilustruje chyba punkt widzenia piłkarza. Dla fizyka sprawa jest bardzo skomplikowana, a przez to fascynująca. W końcu w piłce nożnej wcale nie chodzi o walkę na śmierć i życie – powiedział kiedyś jeden z angielskich trenerów. – Chodzi o coś znacznie ważniejszego – dodał.

Fizyka w grze
Fizyka w grze w nogę daje o sobie znać dopiero, gdy na boisku stanie się coś nieprawdopodobnego, coś nieprzewidywalnego. Wtedy niewtajemniczony kibic zdaje sobie sprawę z tego… że czegoś tutaj nie rozumie. Że jakieś siły stoją za poruszającą się w powietrzu piłką. Wszystko się zgadza. To siły fizyki. Są tam zawsze, ale zdajemy sobie z nich sprawę tylko czasami. Na przykład wtedy, gdy w czasie Mistrzostw Świata w 1998 roku Brazylijczyk Roberto Carlos, strzelając gola, kopnął piłkę, nadając jej odpowiednią rotację i prędkość, że ta w powietrzu leciała jak prowadzona niewidzialną ręką. Najpierw ominęła mur piłkarzy z prawej strony, a później nagle skręciła w lewo i ku totalnemu zdziwieniu bramkarza wpadła do siatki. Podobnej sztuczki próbował w czasie Mistrzostw Świata w Korei w 2002 r. Z triku Carlosa nic by nie wyszło, gdyby w nogę grano w próżni. Wtedy na piłkę w ruchu działałaby jedynie siła grawitacji, a ruch byłby całkowicie przewidywalny. Piłkarze na szczęście w próżni nie grają. Piłkarz kopiąc piłkę, potrafi nadać jej spin, potrafi spowodować, że ta zaczyna wirować. A wtedy dzieją się nieomal cuda.

Zdradliwe wiry
Piłka wirując wokół własnej osi, powoduje, że prędkość powietrza (względem piłki), które ją opływa, nie jest jednakowa po każdej stronie. Powietrze przepływa szybciej po tej stronie, po której ruch powierzchni piłki jest zgodny z ruchem powietrza (patrz rysunek). Analogicznie, względem piłki powietrze płynie wolniej po tej stronie, po której ruch powierzchni piłki jest przeciwny ruchowi powierzchni piłki. Ta róż-nica w prędkości opływu powietrza powoduje, że po tej stronie, po której powietrze szybciej opływa piłkę jest niższe ciśnienie (wynika to z prawa Bernoulliego). Tak więc po jednej stronie piłki ciśnienie jest niższe, a po drugiej wyższe. Ta różnica ciśnień powoduje powstanie siły skierowanej od strony wyższego ciśnienia w kierunku niższego. To siła Magnusa – od Gustava Magnusa, niemieckiego fizyka, który w połowie XIX wieku zajmował się… balistyką. Zastanawiał się, dlaczego wirujące wokół własnej osi pociski zmieniają tor swojego ruchu. Tak jak pociski karabinowe wirują zawsze w jedną stronę, tak piłkę można wprawić w ruch wirowy w zasadzie w każdym kierunku. A wszystko po to, żeby zmylić bramkarza, przecież on nie wie, w którą stronę piłka wiruje. Fizyk potrafi obliczyć, że odpowiednio podkręcona piłka potrafi zmienić swoją trajektorię lotu aż o 4 metry!