Ugens ekspertspørgsmål: Hvordan kan en fodboldspiller få bolden til at "dykke"?

Anders Fredsgaard Nielsen udbeder sig en aerodynamisk forklaring på fodboldstjernernes sparketeknik:
Under fodboldkampen mellem Danmark og Portugal talte kommentatorerne om Christiano Ronaldos sparketeknik blandt andet i forbindelse med frispark, hvor han skulle være i stand til at sparke til bolden, så den foretager et karakteristisk dyk, efter at have tilbagelagt en del af sin bane.

Er det virkeligt muligt at sparke til bolden, så den efter et stykke tid pludseligt ændrer bane? Vil bolden ikke, hvis man ellers ser bort fra vindmodstanden, kun være påvirket af tyngdekraften, så den vil bevæge sig langs en parabelbue?

Ingeniørens teknologiredaktør, Jens Ramskov, svarer:
Når en bold flyver gennem luften påvirkes den af luftstrømmen omkring den. Bortset fra tyngdekraften er der specielt to kraftpåvirkninger, der er fremherskende.

Den ene er luftmodstanden, der giver en bremsekraft på bolden. Bremsekraften er proportional med kvadratet på hastigheden, boldens tværsnits areal og luftens tæthed. Proportionalitetskonstanten viser sig dog også at afhænge af boldens hastighed.

Ved lave hastigheder er strømningen om bolden laminar, og proportionalitetskonstanten er cirka 0,5. Ved høje hastigheder er strømningen turbulent, og konstanten er omkring 0,2. Den kritiske hastighed, der adskiller turbulent strømning fra laminar strømning, afhænger af fodboldens overfladeegenskaber. For en glat bold ligger den beregningsmæssigt omkring 12 meter i sekundet.

Forsøg i vindtunneler ved Sheffield University viser, at for en bold ligger værdien i praksis mellem otte og ti meter i sekundet. Da bolden ved et frispark sættes i gang med en hastighed langt over den kritiske hastighed, vil den altså bremses lidt i begyndelsen af sin bane, men lige idet, den når den kritiske værdi, øges nedbremsningen pludseligt med cirka to en halv gange.

Den anden kraft kaldes Magnus-kraften. Den er opkaldt efter den tyske fysiker Gustav Magnus, der i midten af 1800-tallet undersøgte, hvorfor roterende kanonkugler bøjede af under flugten og ramte andre steder end forventet. Luften bevæger sig hurtigere i forhold til boldens midte på den side af bolden, hvor boldens overflade bevæger sig i samme retning som luften. Det reducerer trykket i henhold til Bernoullis princip.

På den modsatte side bevæger luften sig langsommere i forhold til boldens midte, hvilket giver anledning til et højere lufttryk. Trykforskellen giver en kraftpåvirkning, Magnus-kraften, der vil afbøje bolden i samme retning som dens rotation.

Da forskellen i luftens hastighed på de to sider af bolden naturligvis øges, jo hurtigere bolden roterer, er det af betydning for kraftens størrelse, at bolden roterer hurtigt. Idet boldens hastighed går drastisk ned, når strømningen skifter fra turbulent til laminar, får Magnus-kraften på dette sted i boldens bane lettere ved at trække bolden til siden, så det ser ud, som om bolden brækker i luften og samtidig dykker nedad.

Bolden skal rammes lidt i siden da dens spin afhænger af to ting: Friktionen mellem støvle og bold og det sted på bolden, hvor støvlen rammer. Jo større friktion og jo mere bolden rammes i siden, desto større bliver spinnet. Men jo mere bolden rammes i siden, jo kortere tid og over et mindre areal berører støvlen bolden.

Rammes bolden lige i midten eller helt ude i siden, får bolden intet spin. Der er derfor et optimalt sted mellem disse to positioner, hvor bolden skal rammes for at overraske målmanden mest. Hvis bolden er våd, er friktionskoefficienten mindre, men det er alligevel muligt at give bolden en smule spin på en regnvejrsdag. Rammes bolden hårdt i siden, vil den deformeres en smule, og det vil medføre, at bolden sættes i omdrejninger.

De nyere tiders bolde skulle dog være sværere at deformere end tidligere benyttede bolde. Til gengæld skulle de klæbe bedre til støvlen, og det øger friktionen. Måske burde DBU og landstræner Morten Olsen overveje at sende bud efter en specialist i aerodynamik, der kan hjælpe ved træningen i frispark, for dødboldsituationer afgør mange kampe.

Anders Fredsgaard Nielsen vinder to billetter til Danfoss Universe for sit spørgsmål.

Er du rigtig klog? Nu kan du udfordre dine venner med ekspert-spørgsmål fra Scientariet i Ingeniørens nye Facebook-quiz "Så ka' du lære det!". Klik her for at deltage i quizzen og teste dine venner.

Spørg Scientariet er redigeret af Julian Henlov

Se Roberto Carlos' utrolige sparketeknik:

Et af de mest kendte eksempler på et frisparksmål, hvor boldens bane ser næsten utrolig ud, blev scoret af brasilianeren Roberto Carlos i en træningskamp mod Frankrig i 1997.