Slechts een handvol onderzoekers heeft onderzocht waarom een ​​American football in zo'n uniek traject vliegt, met opmerkelijke precisie door de lucht raast, maar ook uitwijkt, wiebelt en zelfs tuimelt terwijl het door het veld raast. Nu hebben ballistische experts van het Stevens Institute of Technology voor het eerst hun kennis van artilleriegranaten toegepast om deze unieke beweging te verklaren, en hebben ze het meest nauwkeurige model tot nu toe gemaakt van de vlucht van een spiraalvormige voetbal.

"Wanneer een quarterback een goede spiraalpass maakt, lijkt de baan van de bal opmerkelijk veel op die van een artilleriegranaat of een kogel, en het leger heeft enorme middelen gestoken in het bestuderen van de manier waarop die projectielen vliegen", legt John Dzielski, een onderzoeker van Stevens, uit. professor en werktuigbouwkundig ingenieur wiens werk wordt gerapporteerd in The American Society of Mechanical Engineers' Open Journal of Engineering. "Met behulp van goed begrepen ballistische vergelijkingen hebben we de vlucht van een voetbal nauwkeuriger dan ooit kunnen modelleren."

In feite zei Dzielski dat, hoewel de ballistische vergelijkingen zelf niet erg complex zijn, de bewegingen die ze voorspellen dat wel kunnen zijn. De vergelijkingen bevatten veel termen die alle manieren vertegenwoordigen waarop de lucht de beweging van een granaat kan beïnvloeden. De eerste uitdaging was om elke variabele op zijn beurt te bekijken om te bepalen welke belangrijk zijn bij gebruik in een nieuwe of andere context.

Dzielski en co-auteur Mark Blackburn, een senior onderzoekswetenschapper bij Stevens, hebben eerst een uitputtende benadering gevolgd - waarbij alles werd gemodelleerd, van de handigheid van een quarterback tot het effect van zijwind, tot de impact van de rotatie van de aarde - en leidden vervolgens vergelijkingen af ​​die factoren wegnamen die niet hebben geen wezenlijke invloed op het vliegpad van een voetbal. Bijvoorbeeld, tijdens een pas van 60 meter verandert de rotatie van de aarde het eindpunt van de pas met slechts tien centimeter. "Het blijkt dat de rotatie van de aarde niet veel effect heeft op een voetbalpas, maar dat weten we nu tenminste zeker," zei Dzielski.

Het modelleren van de vlucht van een voetbal werpt licht op wat goede passes van slechte scheidt. Dzielski en collega's toonden niet alleen aan dat een spiraalpas langzaam of snel kan wiebelen (of een combinatie van beide), maar waren ook de eersten die berekenden wat die frequenties zijn voor een voetbal. Als de voetbal langzaam wiebelt, dan is er goed gegooid. Als het snel wiebelt, draaide de quarterback zijn pols (zoals het draaien van een schroevendraaier) of schoof opzij toen de bal werd losgelaten. De pols is mogelijk gedraaid omdat de quarterback werd geraakt.

"Quarterbacks en coaches weten dit intuïtief al, maar we hebben de fysica op het werk kunnen beschrijven", zei Dzielski.

Een andere, meer verrassende bevinding was dat het Magnus-effect, dat ervoor zorgt dat een draaiende honkbal gaat glijden of zwenken als gevolg van veranderingen in de luchtdruk, opmerkelijk weinig effect heeft op een draaiende voetbal. Een voetbal draait langs de verkeerde as om het Magnus-effect te activeren, dus eventuele afwijkingen in het vliegpad moeten van een andere bron komen, zoals de lift die wordt gecreëerd als een bal door de lucht beweegt, legde Dzielski uit. "Veel mensen geloven dat voetballen naar links of rechts zwenken vanwege het Magnus-effect, maar dat is helemaal niet het geval. Het effect van de Magnus-kracht is ongeveer het dubbele van het effect van de rotatie van de aarde," zei hij.

Bovendien toonden Dzielski en Blackburn voor het eerst aan dat dit uitwijken nauw samenhangt met waarom de bal met de neus naar beneden aan het einde van de pass eindigt wanneer deze met de neus omhoog wordt gegooid.

Hoewel het werk van Dzielski en Blackburn het meest nauwkeurige model van de vliegroute van een voetbal tot nu toe vertegenwoordigt, waarschuwde Dzielski dat er nog meer werk nodig is. Omdat een voetbal draait en tuimelt tijdens het reizen, is het bijna onmogelijk om windtunnelstudies te gebruiken om de aerodynamica van een bewegende voetbal nauwkeurig vast te leggen. "Dat betekent dat we nog geen goede gegevens hebben om in ons model in te voeren, dus het is onmogelijk om een ​​nauwkeurige simulatie te maken", zei hij.

In de komende maanden hoopt Dzielski financiering te vinden voor instrumenten die aerodynamische gegevens van een vrij vliegende voetbal kunnen vastleggen in echte omgevingen, niet alleen in windtunnels. "Dat is de enige manier waarop we het soort gegevens kunnen krijgen dat we nodig hebben", zei hij. "Tot die tijd zal een echt nauwkeurige - en nauwkeurige - manier om de baan van een voetbal te modelleren buiten bereik blijven." + Verder verkennen

Een fotonische curveball heeft voorbeelden uit de echte wereld in voetbal, honkbal