Fysikken til fotballens Freak Free Kicks

Portugal kom ut på toppen under søndag kveld 2016 EM-finalen. Kampen ble ledet mot å bli bestemt av et annet fryktet straffesparkskudd før Portugalens Eder klarte å laser ballen inn i nederste venstre hjørne av Frankrikes nett på 109. minutt. Uten stjernespilleren Cristiano Ronaldo klarte landet å overgå Frankrike og bli salvet til det beste laget i Europa.

Men dette spillet hadde ikke råd til seere muligheten til å se på en av fotballens mest spellbinding-briller: gratis spark som ser ut til å utfordre fysikkens lover. Ingen bekymringer, skjønt: Resten av turneringen hadde absolutt et rekordnummer av disse skjønnhetene (Fire, alle i gruppespillet). Det var Bale of Wales vs Slovakia og vs England, Dier of England vs Russland, og Dzsudzsák i Ungarn vs Portgual. Og i Premier League var West Ham Uniteds Dimitri Payet årets mester på frisparket:

For uninitiated, et frispark er en måte å starte spillet på nytt etter at feil er kalt av dommeren. Gratis spark kan være direkte (der et mål kan bli scoret direkte fra sparket) eller indirekte (hvor ballen må bestås før et forsøk på å score kan gjøres).

(Og hvis du er en ekte noob når det kommer til fotball, la meg først avklare at gratis spark er forskjellig fra straffespark, hvor en feil oppstår i straffesparken av forsvarende lag, og det offensive laget har en sjanse til å score uten forstyrrelser fra noen spillere bortsett fra den forsvarende keeper.)

Et frispark oppstår der feilen ble begått. Ting blir interessante når et medlem av det forsvarende laget begår en feil i nærheten av sitt eget mål, noe som gir lovbrudd en sjanse til å score direkte.

Det er i utgangspunktet tre brede teknikker for å score gjennom et straffespark (forutsatt at du ikke planlegger å passere til en lagkamerat eller løfte ballen inn mot en region hvorfra andre støtende medlemmer har bedre sjanse til å score). Din første strategi kan være å gå med brute force og bare prøve å tvinge ballen inn direkte med et kraftig spark. Hvis du er kunnskapsrik, kan du bruke noen teknikk til å krølle ballen rundt noen hindringer ved hjelp av innsiden eller utsiden av foten din. Og hvis du egentlig ha noen ferdigheter, du kan spinne den ballen og få den til å zoome gjennom luften uforutsigbart.

Det er den siste metoden som er spesielt interessant. Motstanderne må være 10 meter unna ballen og kan ikke bevege seg nærmere til ballen er i spill. Noen ganger samler motstanderne opp flest eller alle sine spillere for å danne en slags menneskelig vegg i rekkefølge blokkere en direkte hit, noe som tvinger kickeren til å ta til andre eller tredje sparkalternativene.

(På dette punktet er det verdt å gi en rask primer på fotballens fysikk. Ikke bekymre deg, dette blir ikke komplisert.)

Den første delen har å gjøre med Newtons treghetslov, som sier at et hvilket som helst gjenstand i hvile holder seg i ro, og et objekt i bevegelse forblir i bevegelse, med mindre en annen kraft virker på den. Når det gjelder et frispark, er kraften som gjør at ballen beveger seg opp og akselererer en spillerens fot, og kreftene som bremser ballen ned når det beveger seg gjennom luften, inkluderer drag og friksjon forårsaket av vind og tyngdekraft.

Neste opp, begrepet momentum, som du kanskje en gang har lagret som hastigheten på et objekt, tider sin masse. En spiller fot beveger seg gjennom luften, kan overføre momentum fra seg selv til ballen den slår. Å gjøre en ball flytte raskere eller høyere gjennom luften krever mer fart, så en spiller må slå ballen med mer kraft. Hvis du prøver å krølle ballen opp eller slå på det (eller begge deler), må du ikke bare utøve mer kraft, men også balansere det med din fettfotteknikk. Vanskelige ting.

Magnus-effekten

Den grunnleggende forståelsen av fysikk bringer oss til den store tamalen: Magnus-effekten, som forklarer hvordan en spiller kan bøye en ball inn i målposten under et frispark. Når en fotball beveger seg gjennom luften, er det luften som begynner å ta ansvar og beveger seg - eller i dette tilfellet, kurvene - ballen til sin egen smak.

For å starte, må kickeren sette et snurr på ballen som han eller hun slår den. I utgangspunktet gir topp-spinn av ballen luft rundt toppen for å bevege seg mindre enn luften rundt bunnen. Den tangensielle hastigheten til ballen i topphalvdelen er motsatt luftstrømmen, og tangenshastigheten til bunnhalvdelen er i samme retning av luftstrømmen.

Denne ubalansen betyr at presset på ballen er større på toppen. Magnus-effekten blir mer fremtredende og merkbar når ballen taper hastighet - fordi det til en viss tid er luftstrømmen som beveger seg imot spinnet stoppes. Trykkbalansen økes og skaper en kraft på ballen som virker både nedover og mot siden av ballen som pleide å skape en motstridende luftstrøm. Når en fotballspiller spark sparker mot urviseren, virker Magnus-kraften igjen på ballen, noe som gjør at ballen skal bøye til venstre - og vice versa.

Fordi Magnus-effekten øker etter hvert som hastigheten senker, legger du merke til at kurven i ballen skjer mye raskere ettersom ballen begynner å komme seg nedover mot bakken. Kurven på ballen blir vanskeligere og vanskeligere under flukt, og lurer målvakten og andre nærliggende defensive spillere fra å spore den riktig når den beveger seg nedover. Hvis du bruker akkurat den rette mengden kraft som sikrer at ballen vil komme seg ned i nettet i tide, vil du produsere et frispark som synes å ha et liv og sinn selv.

Se en av de mest kjente tilfellene av Magnus-effekten, i Brasiliansk spiller Roberto Carlos '1997 frispark mot Frankrike.

Det er ikke lett å mestre noe slikt, men resultatet kan være ødeleggende nydelig - og latterlig fysikk-defying - under et frispark.