Fodbold, frispark og fysik

Illustration: Lars Refn, Ingeniøren

I en ellers noget trist fodboldkamp mellem Frankrig og Brasilien i Lyon den 3. juni 1997, der endte 1-1, lyste et forrygende frisparksmål af brasilianske Roberto Carlos op.

Den danske dommer Kim Milton Nielsen tilkendte Brasilien et frispark 30 meter fra målet nogenlunde midt på banen. Franskmændene stillede en forsvarsmur med fire personer op, så den var placeret, så den forhindrede Roberto Carlos i at sparke direkte mod højre ind i målet.

Et par forsvarsspillere havde yderligere taget opstilling bag muren. En videooptagelse viser tydeligt, at den franske målmand Fabien Barthez forventede et skud, Roberto Carlos ville sende mod venstre. Fabien Barthez havde flyttet vægten over på sit højre ben og var klar til at kaste sig i denne retning, da Roberto Carlos gik til bolden.

Han ramte bolden knaldhårdt med sin venstre fod samtidig med, at han vred foden så meget, at bolden fik en kraftig siderotation - sandsynligvis cirka 10 omdrejninger i sekundet.

Bolden havde med enorm fart retning i en direkte linie mod et punkt godt fire meter til højre for målet, altså i den modsatte side af hvor Fabien Barthez var klar til at kaste sig. Men efter bolden havde været i en næsten ret linie over 20 meter og længe efter den havde passeret forsvarsmuren brækkede den pludselig i en afstand ud for straffesparkspletten ind mod målet, hvor den dykkede nedad og landede et par meter inde til venstre for den højre målstolpe.

På det ene sekund, det hele tog, havde Barthez kun nået af flytte vægten over fra det ene til det andet ben og dreje sig, så han kunne se bolden dale ind i netmaskerne til en brasiliansk udligning.

Roberto Carlos tilhører den kategori af eminente frisparksskytter, der kan afgøre fodboldkampe. En kategori der eksempelvis også omfatter David Beckham fra England, der den 6. oktober 2001 i overtid scorede et frisparksmål mod Grækenland, der kvalificerede England til VM.

Zinedine Zidane fra Frankrig og vor egen Thomas Gravesen er andre, der kan sparke kontrolleret til en bold ved et frispark. Men den allerbedste gennem tiderne har måske været hollænderen Ronald Koeman, der i slutningen af 1980'erne og begyndelsen af 1990'erne drev mange målmænd til vanvid med sin fan tastiske sparketeknik ved frispark og straffespark. Et velplaceret skud kræver talent og træning, men forklaringen er fysik og aerodynamik.

Kræfterne på bolden

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 ca. 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 i praksis ligger værdien 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 ca. 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, det 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 ombolden brækker i luften og samtidig dykker nedad.

Bolden skal rammes lidt i siden

Boldens 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, jo 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.

Den nye bold, der spilles med ved VM, skulle dog være sværere at deformere end tidligere benyttede bolde, til gengæld skulle den klæbe bedre til støvlen, og det øger friktionen. Hvad der har størst virkning af disse to modsatrettede effekter må kampene i Japan og Korea vise.

Hvor er eksperten i aerodynamik?

Det danske landshold er under VM omgivet af et utal af hjælpere fra egne kokke til massører og læ ger. Men 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.

Efter en noget trist opvarmningskamp for en uge siden mod Tunesien, som Danmark kun vandt med nød og næppe, spiller Danmark første VM-kamp i morgen mod Uruguay. Lad os håbe at både spillernes fysik og deres fysiske forståelse er i top.