Futbolun Fiziği

 

Bill Shankly, Liverpool futbol kulübünün eski menajeri, bir keresinde şunları söylemişti: "Futbol hayat ve ölüm meselesi değildir. Ondan daha önemlidir." Bu yıl super ligde milyonlarca futbolsever, 9 ay boyunca aynı duyguyu yaşayacak. Sonra lig sona erecek ve geriye sadece televizyondaki tekrarlar ve ne olabileceğine dair sonsuz spekülasyonlar kalacak. İşte futbolseverlerin sevdiği ve diğerlerinin nefret ettiği bu yönü. Ya o penaltı gol olsaydı? Ya oyuncu oyundan atılmasaydı? Ya o serbest vuruş barajı aşarak gole dönüşmeseydi?

Brezilyalı Roberto Carlos'un Fransa'da düzenlenen bir turnuvada attığı serbest vuruş birçok kişinin hafızasında yer etmiştir. Top, rakip kaleden yaklaşık 30 metre uzakta ve hafif sağda yerleştirilmişti. Carlos, topa o kadar sağa doğru vurdu ki, başlangıçta top savunma barajını en az bir metre aşarak, kalenin yakınındaki top toplayıcıyı eğilmeye zorladı. Ardından, neredeyse sihirli bir şekilde, top sola doğru kıvrılarak kalenin sağ üst köşesine girdi. Bu olay, oyuncuları, kaleciyi ve medyayı hayrete düşürdü.

Spor Toplarının Aerodinamiği

Topların yanlamasına sapmasının ilk açıklaması, Alman fizikçi Gustav Magnus'un 1852'de yaptığı çalışmaya dayanmaktadır. Magnus, aslında dönen mermilerin ve kurşunların neden bir tarafa saptığını anlamaya çalışıyordu, ancak açıklaması top gibi cisimler için de geçerlidir. Futboldaki kıvrılan bir topun temel mekanizması, beyzbol, golf, kriket ve tenis gibi diğer sporlardaki mekanizmayla hemen hemen aynıdır.

Bir futbol topunun hava akışına dik bir eksen etrafında döndüğünü düşünelim. Topun etrafındaki hava, Bernoulli prensibine göre, topun dönme yönüyle aynı yönde hareket eden kısmında daha hızlı akar ve burada basınç azalır. Zıt tarafta ise hava daha yavaş akar ve basınç artar. Bu basınç farkı, topun sapmasına neden olur. Bu yanlamasına sapma, genellikle "Magnus etkisi" olarak bilinir.

Spin, Kıvrılma ve Türbülans

Topun üzerinde hareket eden hava türbülansa geçtiğinde, hava tabakası topa daha uzun süre yapışır. Bu durum, daha geç ayrılma ve daha az sürükleme kuvveti üretir. Hava akışı laminer olduğunda ise sürükleme katsayısı yüksektir ve topun yüzeyindeki hava tabakası erken ayrılır, arkada girdaplar oluşur. Bu türbülansın oluşma noktası, topun yüzey pürüzlülüğüne bağlıdır. Örneğin, golf topları daha pürüzlüdür ve türbülansa daha erken girer. Futbol topları ise daha düzgün bir yüzeye sahip olduğu için daha yüksek hızlara ihtiyaç duyar.

Topun hızına bağlı olarak sürükleme kuvveti değişimini gösteren aşağıdaki grafik, hava akışının laminerden türbülansa geçişinin etkilerini görselleştirmektedir:

Grafik, düşük hızlarda sürükleme kuvvetinin yüksek olduğunu, ancak hız arttıkça türbülanslı akışın etkisiyle sürükleme kuvvetinin ani bir düşüş yaşadığını göstermektedir. Bu durum, topun yüksek hızlarda daha az yavaşlamasına neden olur ve kaleciler için ekstra zorluk yaratır.

Roberto Carlos ve Serbest Vuruş

Roberto Carlos'un serbest vuruşunu açıklamak için şu mekanizmayı düşünebiliriz: Carlos, topa sol ayağının dışıyla vurmuş ve topa saat yönünün tersine bir spin kazandırmıştır. Hava kuru olduğu için topa yüksek miktarda spin kazandırılmış ve topun yüzeyi üzerinde türbülanslı bir akış oluşmuştur. Yaklaşık 10 metre yol aldıktan sonra, topun hızı azalmış ve hava akışı laminer hale geçmiştir. Bu durum, Magnus kuvvetinin etkisini artırmış ve topun kıvrılmasını sağlamıştır.

Futbol Hareketi Üzerine Güncel Araştırmalar

Futbol topunun hareketini incelemenin ötesinde, araştırmacılar bir futbolcunun topa nasıl vurduğunu da anlamaya çalışıyor. Örneğin, Massachusetts Üniversitesi'nden Stanley Plagenhof, vuruşun kinematiğini incelemiş; Wisconsin Üniversitesi'nden Elizabeth Roberts ise kuvvetleri dikkate alarak dinamik analizler yapmıştır. Yamagata Üniversitesi'nde yapılan simülasyonlar, futbolcuların farklı vuruş tekniklerini sanal ortamda incelemeye olanak tanımaktadır. Bu çalışmalar, spor ekipmanı üreticileri için de büyük önem taşımaktadır.

Sonuç

Roberto Carlos'tan öğrenilecek şey şu: Eğer topa yeterince hızlı vurursanız, hava türbülanslı hale gelir ve sürükleme kuvveti azalır. Eğer topun kıvrılmasını istiyorsanız, spin kazandırarak topa merkez dışından vurmalısınız. Kuru havalarda spin daha kolaydır, ancak yağmurlu havalarda da mümkündür. Topun en çok kıvrıldığı an, hızının azalarak laminer akış rejimine geçtiği noktadır. Pratik yaparak bu geçişi doğru zamanda gerçekleştirmek mümkün olacaktır.

Son olarak, yetenek olmadan teknoloji hiçbir anlam ifade etmez. Gerçek farkı yaratan futbolcunun kendisidir.