VM-bolden flyver kortere end forgængeren
more_vert
close
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

VM-bolden flyver kortere end forgængeren

Illustration: Adidas

Når Christian Eriksen skal lægge den perfekte lange aflevering til Danmarks frontløbere eller sparke bolden direkte i mål på frispark ved VM i fodbold, bør han tænke på, at dette års bold vil flyve næsten 10 procent kortere, end den bold som blev brugt ved VM i 2014.

Det viser en undersøgelse foretaget af tre forskere, der har sammenlignet den nye bold, Telstar 18, med forgængeren, Brazuca – som de samme forskere for fire år siden sammenlignede med Jabulani-­bolden, der blev benyttet ved VM i 2010.

Artiklen fortsætter efter grafikken

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Læs også: Årets VM-fodbold vægter stabilitet

John Eric Goff fra Lynchburg College i Virginia, USA, samt Sungchan Hong og Takeshi Asai fra universitetet i Tsukuba i Japan har haft Telstar 18 og Brazuca i en vindtunnel ved det japanske universitet. Resultaterne heraf er fremlagt i det videnskabelige tidsskrift Journal of Sports Engineering and Technology.

Overordnet set opfører de to bolde sig på mange måder ens med visse undtagelser, hvor den mest markante som nævnt i indledningen er, at den nye bold flyver kortere.

Hvis vi ser bort fra det æstetiske design med farver og symboler, som er uden betydning for boldens flugt, så skyldes det, at selv om der er nogle afgørende forskelle, så trækker disse i hver sin retning, når det gælder boldens aerodynamiske opførsel. Det ser ud, som om designerne har søgt samlet set at give Telstar 18 nogenlunde samme opførsel som Brazuca, uden at det dog er lykkedes helt.

Der er en lang række parametre, der er relevante for boldes aerodynamiske egenskaber, men skal man koge dem alle sammen ned til en enkelt, så er den helt afgørende boldens såkaldte kritiske hastighed, dvs. den hastighed, hvor strømningen omkring bolden går fra at være laminar til at være turbulent.

Ved laminare strømninger er luftmodstanden stor, mens den ved turbulent strømning er lille.

Når bolden sparkes hårdt, suser den i begyndelsen af sted med en hastighed, hvor luftstrømmen er turbulent. Hastigheden falder gradvist og når på et tidspunkt den kritiske hastighed, hvor strømningen går over til at blive laminar. Herefter bremses bolden endnu hurtigere end før, og bolden kan dykke meget hurtigt og dermed snyde målmanden.

Luftmodstanden

Hvis der ikke var nogen luftmodstand, var det ganske simpelt at beregne, hvor en bold ville lande, når den blev skudt af sted med en bestemt hastighed og i en bestemt vinkel i forhold til jorden.

Luftmodstanden F_D (D for ‘drag’) gør det mere kompliceret. Den er for en bold eller et andet flyvende projektil givet ved:

[latex] F_D= \frac{1}{2} C_D 𝜌 A v² [/latex]

hvor C_D er luftmodstandskoefficienten, 𝜌 er luftens massefylde (1,2 kg/m³), A er boldens tværsnit (0,038 m² for en fodbold), og v er hastigheden.

I helt simple beregninger antager man ofte, at C_D er konstant, men i virkelighedens verden afhænger C_D af en lang række faktorer som ‘projektilets’ hastighed og overfladekarakteristika.

Ved laminar strømning ved lave hastigheder klæber luften så at sige til bolden, og derfor er C_D høj – typisk omkring 0,5. Ved turbulente strømninger ved høje hastigheder slipper luften bolden længere bagud, og CD er mindre – under 0,1 for helt glatte bolde.

Den kritiske hastighed er omvendt proportional med boldens tværsnit, så små bolde har en højere kritisk hastighed end store bolde.

Det helt afgørende er dog, at man kan ændre den kritiske hastighed ved at ændre boldens overflade. En fuldstændig glat bold har en højere kritisk hastighed end en bold med en ujævn overflade.

Hvis en golfbold var helt glat, ville dens kritiske hastighed være 135 m/s (næsten 500 km/t), og da den gennemsnitlige mandlige amatør ifølge det danske firma Trackman, der leverer måleudstyr til golfsporten, sender bolden af sted med en hastighed på 210 km/t med en driver, ville golfbolden ikke flyve særlig langt.

Dimples nedsætter hastigheden

Derfor er golfbolde forsynet med 300-400 små fordybninger eller dimples, som nedsætter den kritiske hastighed til ca. 17 m/s.

Fodbolde er større end golfbolde, men er mere glatte, så de har en kritisk hastighed af omtrent samme værdi. Goff, Hong og Asai har bestemt en kritisk hastighed til 15 m/s for både Telstar 18 og Brazuca.

Jabulani-bolden, der blev benyttet ved VM i 2010, havde derimod en noget højere kritisk hastighed, omkring 20 m/s, hvilket gjorde, at den opførte sig markant anderledes og mere uberegneligt ved eksempelvis hjørnespark og frispark.

De hårdeste registrerede spark inden for fodbold ligger på over 40 m/s, men mere typiske spark ligger noget lavere. En lidt ældre undersøgelse fra forskere ved University of Bath i England viste i øvrigt, at den optimale hastighed for et frispark fra en afstand af 18 meter var 25 m/s.

Under alle omstændigheder er fodbold i modsætning til golf karakteriseret ved, at bolden en del af tiden i luften oplever en lav modstandskraft og en del af tiden høj modstandskraft, mens golfbolde stort set kun oplever den lave modstandskraft. Det er afgørende for den måde, fodbolden bevæger sig i luften på.

Artiklen fortsætter efter grafikken

Illustration: MI Grafik / Lasse Gorm Jensen

Selv om målingerne i vindtunnelen viser, at Telstar 18 og Brazuca har samme kritiske hastighed, så viser de også, at Telstar 18 har en noget højere C_D end Brazuca for hastigheder lige over den kritiske værdi.

Det betyder, at en Telstar 18, der sendes af sted med en hastighed på 30-35 m/s, vil flyve omkring 10 pct. kortere end en Brazuca.

Det er nok især noget, målmænd skal tænke på ved lange udspark, mener John Eric Goff. Men det vil også have betydning for andre lange afleveringer.

Den uforudsigelige knuckleball

Et særligt interessant fænomen er den såkaldte knuckleball, hvor bolden slingrer lidt til den ene og den anden side i luften, når den sendes af sted uden rotation eller spin.

Det kræver et meget præcist spark at lave en knuckleball, som især Cristiano Ronaldo er kendt for at beherske.

Effekten udnyttes også ved baseball. Den opstår ved bolde, der ikke er perfekte symmetriske og skyldes en asymmetrisk separation af grænselaget omkring bolden.

Både Telstar 18 og Brazuca er opbygget af seks paneler. Der er dog den markante forskel, at den totale længde af sammenføjningerne på Telstar 18 er 432 cm, mens den kun er 332 cm på Brazuca.

For at opveje denne effekt er fordybningen af rillerne og deres bredde mindre på Telstar 18. De er henholdsvis 1,1 mm og 3,3 mm mod 1,4 mm og 4,0 mm på Brazuca.

Samlet set giver det nogenlunde samme slingreegenskaber eller knuckleball-effekt for de to bolde, som betyder, at bolden skudt fra en afstand af 20 meter kan ende en meter til den ene eller anden side i forhold til den oprindelige retning.

Lionel Messi og Christian Eriksen bruger ikke knuckleball-effekten ved frispark. Messi foretrækker at give bolden sidespin, og Eriksen giver den topspin for at få den til at bevæge sig på en måde, som er overraskende for målmanden.

Spin- egenskaberne for Telstar 18 har forskerne dog ikke undersøgt endnu, selvom de lover, at der også vil komme en artikel om sådanne tests. Så vi kan foreløbig ikke gøre andet end at vente og se, hvilke underværker Christian Eriksen kan gøre med Telstar 18.

Danmark spiller første kamp mod Peru 16. juni.

"Ved laminare strømninger er luftmodstanden stor, mens den ved turbulent strømning er lille."

Jeg tør godt demonstrere min manglende viden om fluidmekanik og stille et måske dumt spørgsmål: Er der ikke byttet om på laminar og turbulent? Uden at have beskæftiget mig med den slags, forbinder jeg intuitivt turbulens med stærkt /øget/ luftmodstand...

  • 0
  • 0