Dopo la partita di andata nei quarti Champions League, Bayer Monaco-Juventus (finita con il risultato di 2-0 in favore dei tedeschi), Fabio Caressa ha spiegato, a modo suo l’innocenza di Gianluigi Buffon sul primo goal di Alaba. Il risultato è stato in parte veritiero, evidenziando il fatto che il pallone dopo il contatto con lo scarpino di Vidal, cambi 2 volte la traettoria. Il suo intervento potrebbe essere stat confusionario, noi del blog proviamo a fare un pò di chiarezza, senza dimenticare che il calcio è un gioco semplice e che la fisica non è altro che uno strumento per capire quanto possano essere difficili alcuni fenomeni apparentemente facili.
Aerodinamica
Il disegno illustra la situazione. Ai fini della fenomenologia e’ del tutto indifferente considerare l’aria ferma con il corpo in moto (verso sinistra, nel disegno) oppure il corpo fermo e l’aria in movimento (verso destra nel disegno). Le linee che mostrano il percorso compiuto dalle singole particelle d’aria si chiamano filetti fluidi, e possono essere resi visibili con opportuni artifici (fumi colorati o altro).
Al crescere della velocità, quando la legge di Stokes non vale piu’, notiamo che i filetti fluidi non seguono piu’ l’andamento regolare prima descritto, ma nella zona retrostante il corpo si forma una zona turbolenta, nella quale le particelle del mezzo sono soggette ad un moto vorticoso che si attenua gradualmente e progressivamente allontanandosi dal corpo (zona di scia), sottraendo energia al corpo che avanza e dissipandola sotto forma di calore.
Consideriamo il caso di una pallina di pochi centimetri di diametro in moto in aria alla velocità di diversi metri al secondo. Certamente nella scia c’e’ turbolenza. Ma cosa succede nello strato d’aria che gira attorno alla pallina?
Possono verificarsi due casi: l’aria si muove senza o con turbolenza. Paradossalmente, la seconda modalità (turbolenza presente anche intorno alla pallina) e’ la piu’ favorevole. Questo succede perché’ in queste condizioni la scia posteriore (che e’ la nostra vera nemica) diventa piu’ stretta.
Concludiamo che, in qualche caso, possiamo trarre vantaggio dalla turbolenza, al punto che modifichiamo la forma dell’oggetto per indurre il fenomeno che abbiamo descritto. Siamo nel caso delle palline da tennis o da golf.
Effetto Magnus
Questo fenomeno e’ presente ogni volta che un oggetto vola in aria (alla velocità v, come mostra il disegno) ed e’ simultaneamente animato di moto rotatorio su se stesso con velocità angolare ω.
In queste condizioni esiste una asimmetria tra sopra e sotto il corpo, perché l’aria risulta trascinata dalla rotazione del corpo. Nelle condizioni della figura, l’aria della parte bassa risulta rallentata e quella della parte alta risulta accelerata.
Il fenomeno risultante e’ lo stesso che abbiamo gia’ visto per i profili alari: la differenza di velocità produce una differenza di pressione (maggiore dove la velocità è inferiore) e quindi una portanza.
Nella pratica sportiva incontriamo l’effetto Magnus in molte occasioni:
- nel calcio : tiro ad effetto : la rotazione avviene su un asse verticale, provocando una spinta orizzontale che rende la traiettoria del pallone non piana
- nel tennis : top spin e back spin : il giocatore imprime una rotazione alla palla su un asse orizzontale che causa, rispettivamente, una deportanza oppure una portanza. Ne risulta una traiettoria alterata rispetto a quella parabolica, che cambia ancora di più dopo il rimbalzo a terra della palla.
- nel golf : il piatto del drive colpisce la pallina in modo inclinato rispetto alla verticale (vedi figura). Ciò è sufficiente a far “risalire” la pallina sul piatto nel brevissimo tempo di contatto, provocando un back spin e quindi un effetto portante nel volo. La figura, ottenuta con la tecnica stroboscopica, mostra l’effetto di un colpo: in 1.2 ms la pallina ha compiuto una rotazione di 30°, corrispondenti a 70 giri al secondo.
