ワールドカップで人間の壁を迂回して途中で回転してかっこいい「バナナボール」を蹴るにはどうすればいいでしょうか？

ワールドカップは4年に1度開催される

まだ覚えてるか分からないけど

2018年ワールドカップ

ポルトガルとスペインがグループリーグで対戦

C・ロナウドが最後の瞬間に勝利を救った

解説者から追い出された

「驚いた白鳥のように優雅で、龍のように優雅」

「C型」フリーキックで同点に

蹴られたボールはなぜ素早く上下するのでしょうか?

なぜ「回転」するのでしょうか?

まずはフリーキックについて見てみましょう。

フリーキックとは何ですか？

フリーキックはペナルティキックの一種です。サッカー（またはハンドボール）において、ファウル後にプレーを再開する方法です。

フリーキックには 2 種類あります。直接フリーキックでは、キックするプレーヤーがボールを直接、違反チームのゴールに蹴り込んで得点することができます。間接フリーキックでは、キックする選手はゴールに直接シュートすることはできず、ボールはゴールに入る前に他の選手によって蹴られるか触れられなければなりません。フロントコートでフリーキックが与えられた後、泡スプレーを使用してボールの位置と人間の壁の位置をマークします。フリーキックを行うときは、審判が笛を吹いた後にボールを手で触り、蹴る必要があります。

バナナボール？食べてもいいですか？

実際、ロナウドが蹴るこの種のフリーキックは、サッカーの試合では珍しいことではありません。

1997年、ブラジルとフランスのサッカーの試合中に、ブラジルのサッカー選手ロベルト・カルロスがゴールまで直接向かう道のない35メートルの距離からフリーキックを放った。彼のシュートは選手たちの横を通り過ぎ、まさにアウトオブバウンズになりかけた瞬間にボールは大きく左に曲がり、ゴールに激突した。

画像ソース: インターネット バナナボール図

ボールが突然方向転換したため、フィールド上の選手たち、特にフランスのゴールキーパーは反応する時間がなかった。歴史上最も美しく、象徴的で、物理法則を無視したこのフリーキックは、「バナナ ショット」と呼ばれています。フランスの物理学者たちは数年にわたってこの問題を研究し、最終的に「マグヌス効果」を使ってこの問題を説明しました。

マグナス効果

画像ソースネットワーク

回転物体の回転角速度ベクトルが物体の飛行速度ベクトルと一致しない場合、回転角速度ベクトルと並進速度ベクトルによって形成される平面に垂直な方向に横方向の力が発生します。この横方向の力の作用により、物体の飛行軌道が曲げられる現象。これは流体力学における現象です。

出典: 陝西師範大学物理情報科学学院のマグヌス効果の模式図

回転する物体が横方向の力を発生できる理由は、物体の回転によって周囲の流体が回転し、物体の片側の流体速度が増加し、反対側の流体速度が低下するためです。

これを聞いて混乱しましたか?

バナナボールの軌道

ボールが空気の流れの中を動くとき、空気の流れと同じ方向に回転すると、球体の片側に低圧が発生し、球体の反対側に高圧が発生します。選手の力は右に向けられるため、フットボールは反時計回りに回転します。転換点では、ボールの左側に低圧が発生し、右側に高圧が発生するため、ボールに横方向の圧力差が生じ、左に向かう力が発生します。

画像出典: NKPhysics

物理学の公式によれば、距離が長く、速度が遅いほど、ボールが逸れる角度が大きくなります。したがって、バナナボールの走行の最後には、より激しい偏向が発生し、ゴールキーパーに大きな「衝撃」を与えることがわかります。

ロナウドのようにプレーできますか？

記事の冒頭で触れた、ロナウドが「流れを変えた」フリーキックに戻ると、このボールは、前述の「バナナボール」の概念を体現しているだけでなく、「エレベーターボール」も織り交ぜている。エレベーターボールとは、大きな力で蹴られたボールが、エレベーターから落ちるように、非常に速く落下することを意味する。それは実際には、重力の抵抗と大きなレイノルズ数の下で高速飛行するフットボールの軌道です。

画像出典: 中国物理学会誌ネットワーク ピルロの「エレベーターボール」

葛衛坤教授は「エレベーターボールを蹴る上で重要な要素は、ボールの初速度が速いことだ」と説明した。エレベーターボールを蹴るには、ボールの初速度が高速道路を走る車の速度である時速 150 キロメートルに近くなければなりません。

画像出典: サイエンスワールド

研究者らは、シナリオをシミュレーションした結果、時速100キロメートル以上のフリーキックを人間の壁（身長1.8メートルの相手選手5人が約9メートルの距離に並んでいると仮定）を避けて成功させるには、ボールが地面から離れるときにボールと地面の間の角度を15度から17度の間で制御する必要があり、これは精度範囲がわずか2度（ゴールから25メートルの距離で、毎秒8回転の回転速度で横回転の弧を蹴り出す）であることを意味することを発見した。

サッカーボールの場合、時速 90 キロメートルの速度で 1 秒間に 8 回回転すると、この距離内でボールは 3 メートル以上曲がります。

ソースについては透かしをご覧ください

弧を描くキックのポイントは、着地地点をボールの中心からずらすことです。ボールの中心からの偏差が大きいほど、ボールの回転速度は速くなります。一部の研究者は、アンドレア・ピルロのような優れたフリーキックの選手は、ボールの回転軸をサイドスピンよりも大きな角度に傾けることで、マグヌス力が下向きに働くようになり、「速く、鋭く曲がり、鋭く沈む」ボールの軌道を作り出すと主張しています。

出典：サイエンスワールド、中国物理学会誌

科技日報、天津科学普及局、NKPhysics

編集者: 董暁賢

編集者: グル