Dando un nuevo giro a la espiral del fútbol
Solo un puñado de investigadores ha estudiado por qué una pelota de fútbol americano vuela en una trayectoria tan única, serpenteando por el aire con una precisión notable, pero también desviándose, tambaleándose e incluso dando vueltas mientras se precipita hacia abajo. Ahora, los expertos en balística del Stevens Institute of Technology han aplicado, por primera vez, su comprensión de los proyectiles de artillería para explicar este movimiento único, creando el modelo más preciso hasta el momento del vuelo de un balón de fútbol en espiral.
«Cuando un mariscal de campo hace un buen pase en espiral, la trayectoria de la pelota es notablemente similar a la de un proyectil de artillería o una bala, y el Ejército ha invertido enormes recursos en el estudio de cómo vuelan estos proyectiles», explicó John Dzielski, un investigador Stevens. profesor e ingeniero mecánico cuyo trabajo se publica en el Open Journal of Engineering de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. «Al usar ecuaciones balísticas bien entendidas, pudimos modelar el vuelo de una pelota de fútbol con más precisión que nunca».
De hecho, dice Dzielski, mientras que las ecuaciones balísticas en sí mismas no son terriblemente complejas, los movimientos que predicen pueden serlo. Las ecuaciones contienen muchos términos que representan todas las formas en que el aire puede afectar el movimiento de un caparazón. El primer desafío fue considerar cada variable a su vez para determinar cuáles son importantes cuando se usan en un contexto nuevo o diferente.
Dzielski y el coautor Mark Blackburn, investigador principal de Stevens, primero adoptaron un enfoque integral: modelaron todo, desde la lateralidad de un mariscal de campo hasta el efecto de los vientos cruzados y el impacto de la rotación de la Tierra, luego derivaron ecuaciones que eliminaron los factores que no influyen apreciablemente en el vuelo. trayectoria de un balón de fútbol. Por ejemplo, durante un pase de 60 metros, la rotación de la Tierra cambia el punto final del pase en solo cuatro pulgadas. «Resulta que la rotación de la Tierra no tiene mucho efecto en un pase de fútbol, pero al menos ahora lo sabemos con certeza», dijo Dzielski.
Modelar el vuelo de un balón de fútbol arroja luz sobre lo que separa los buenos pases de los malos. Dzielski y sus colegas no solo demostraron que un pase en espiral puede oscilar a un ritmo lento o rápido (o una combinación de ambos), sino que también fueron los primeros en calcular cuáles son esas frecuencias para un balón de fútbol. Si la pelota se tambalea lentamente, se lanzó con éxito. Si se tambalea rápidamente, el mariscal de campo torció la muñeca (como si girara un destornillador) o se empujó hacia un lado cuando se lanzó la pelota. La muñeca puede haberse torcido porque el mariscal de campo recibió un golpe.
“Los mariscales de campo y los entrenadores ya saben esto intuitivamente, pero pudimos describir la física en el trabajo”, dijo Dzielski.
Otro descubrimiento más sorprendente fue que el efecto Magnus, que hace que una pelota de béisbol que gira se deslice o se desvíe debido a los cambios en la presión atmosférica, tiene un efecto notablemente pequeño en una pelota de fútbol que gira. Un balón de fútbol gira a lo largo del eje equivocado para desencadenar el Efecto Magnus, por lo que cualquier desviación de la trayectoria de vuelo debe provenir de una fuente diferente, como la sustentación creada cuando un balón se inclina en el aire, explicó Dzielski. «Muchas personas creen que los balones de fútbol se mueven hacia la izquierda o hacia la derecha debido al efecto Magnus, pero ese no es el caso en absoluto. El efecto de la fuerza Magnus es aproximadamente el doble del ‘efecto de la rotación de la Tierra'», dijo.
Además, Dzielski y Blackburn han demostrado, por primera vez, que esta sacudida está íntimamente relacionada con por qué la pelota termina boca abajo cuando se lanza al final del pase.
Aunque el trabajo de Dzielski y Blackburn representa el modelo más preciso de la trayectoria de vuelo de un balón de fútbol hasta la fecha, Dzielski advirtió que aún se necesita más trabajo. Debido a que una pelota de fútbol gira y da vueltas mientras se mueve, es casi imposible utilizar estudios de túnel de viento para registrar con precisión la aerodinámica de una pelota de fútbol en movimiento. “Eso significa que aún no tenemos buenos datos para alimentar nuestro modelo, por lo que es imposible crear una simulación precisa”, dijo.
En los próximos meses, Dzielski espera encontrar financiación para instrumentos que puedan capturar datos aerodinámicos de un balón de fútbol en vuelo libre en condiciones reales, no solo en túneles de viento. «Es la única forma de obtener el tipo de datos que necesitamos», dijo. «Hasta entonces, una forma verdaderamente precisa y exacta de modelar la trayectoria de un balón de fútbol permanecerá fuera de nuestro alcance».
