מחקר במנהרות רוח של נאס”א גילה כי דווקא הכדור הרשמי של המונדיאל הקודם, שהיה חלק יותר, היה בלתי צפוי ודווקא החספוס שהתווסף בכוונה לכדור הנוכחי מאפשר לשחקנים לשלוט בו ולשוערים לחזות לאן יפנה
במקביל לשריקת הפתיחה (ובעיטת הפתיחה בידי נכה שהשתמש ברגליים רובוטיות) של גביע העולם בכדורגל FIFA 2014, החליטה גם נאס”א להצטרף לחגיגת המונדיאל. בין האוהדים גם מהנדסים בנאס”א שהשתמשו במנהרות הרוח של הסוכנות (שכידוע היא סוכנות האווריונאוטיקה והחלל, כשהפעם הדגש הוא על ה-A הראשונה), כדי לנסות את הכדור החדש של אדידס, הכדור הרשמי של המונדיאל המכונה בראזוקה.
למרות שנאס”א לא נמצאת בעסקי תכנון וניסוי כדורי רגל, הטורניר פתח בפני אנשיה הזדמנות להסביר את התפיסה של אווירודינמיקה לתלמידים ואזרחים אחרים המכירים פחות את חוקי הפיסיקה הבסיסיים של האווירודינמיקה.
“הספורט מספק הזדמנות טובה להציב בפני הדור הבא של חוקרים את תחום האווירודינמיקה באמצעות המחשת הקשר בין השניים”. אומר ראבי מהטה, מנהל תחום האירו-פיסיקה הניסויית במרכז המחקר איימס של נאס”א במופת פילד, קליפורניה.
אווירודינמיקה היא התחום החוקר כיצד אוויר ונוזלים, המכונים באופן קולקטיבי “נוזלים” זורמים סביב עצמים. המהנדסים באיימס, מרכז מחקר מוביל בעולם בחקרים בסיסיים בתחום האווירודינמיקה, מפיקים הבנה עמוקה כיצד נוזלים זורמים סביב עצמים תלת ממדיים פשוטים כגון גלילים וכדורים. הידע מאפשר למהנדסים לחזות אפילו כיצד ישפיעו שינויים קטנים בתצורות הבסיסיות הללו על תבניות הזרימה.
הכדור הקודם של גביע העולם בכדורגל, המכונה ג’בולאני תיאור לעיתים כבעל תנועות “על טבעיות”. הוא גם היה אהוד על חלוצים כך שנוא על שוערים משום שכאשר בעטו בו עם מעט מאוד או כלל ללא סחרור, הכדור התחיל להאיץ והדבר נתן לחלוץ סיכוי רב יותר להבקעה. האצה מתרחשת כאשר במצב של סחרור קטן או ללא סחרור, נראה שהוא חותך את האוויר בצורה אקראית ולכן מסלולו בלתי צפוי.
ד”ר מהטה וכריסטינה נגו צופים במבחן של כדורגל בעל 32 צלעות בערוץ מים בקוטר 17 אינטש. תבניות הזרימה נראות בזכות שימוש בתאורה זוהרת ו’אור שחור’.
ניצול היתרונות המלאים של מאפייני תעופת הכדור, במטרה לנצלם איננו דבר חדש בספורט. בבייסבול, ההבדל היחידי בין סוגים שונים של חבטות הוא אופן הסחרור של הכדור המושפע מהבליטות עליו. בכדורגל אין תוספות חיצוניות מלבד התפרים המחברים את הצלעות אך יש רבים מהם.
כדי להתמודד עם אי היכולת לחזות את מעופו של כדור הג’אבולני, פיתחה אדידס, בסיוע מאות שחקנים את כדור הבראזוקה, לכדורגל מסורתי יש 32 צלעות, לג’אובלני היו שמונה ולבראזוקה יש רק שישה.
למרות שיש לו פחות צלעות, הצלעות דמויות האצבעות של הבראזוקה מגבירים את אורך התפרים בהשוואה לכדורי הרגל הרשמיים הקודמים של המונדיאלים. התפרים נראים גם עמוקים יותר מאלו של הג’אבולאני והצלעות מלאים במהמורות קטנות, גורמים שנועדו להשפיע על האווירודינמיקה של הכדור.
מה שנראה כהגיוני אודות אוויר הנע מסביב לכדור פשוט, אינו לגמרי נכון. זרימת האוויר סביב כדור אינה חלקה, שיעור ניכר של גרר נוצר מאחורי העצם. דוגמה לכך ניתן לראות במסלול גולף כאשר כדור גולף נעצר במרחק קצר יותר לעומת כדור ‘פצוע’. הבליטות על פני הכדור מסיתים את האוויר ויוצרים איזור של לחץ אוויר נמוך מאחורי הכדור ובכך מפחיתים חיכוך, ולפיכך גם מגדילים את המרחק אליו מגיע הכדור.
שכבה דקה של אוויר נוצרת ליד פני השטח של הכדור המכונה ‘שכבת הגבול’ (boundary layer) .צורתה ומבצבה משפיעים על ביצועי הכדור.” אומר מהטה. “החומר בו משתמשים, קושי פני השטח של הכדור ותפוצת התצורות על פני השטח משפיעים על האווירודינמיקה.”
כל הדברים הללו משפיעים על חספוסו של הכדור ויסייעו להפחית את ההתנהגות הבלת צפויה במהירויות הבעיטה הממוצעות בגביע העולם בכדורגל.
במנהרת רוח קוביתית בעלת רוחב וגובה של 2 רגל (60.69 סנטימטר) במעבדה באיימס הדגים מהטה כיצד זרימת האוויר סביב כדור בראזוקה משחררת זרימת עשן מבוקרת על פני השטח של הכדור המודגשת בלייזר כדי להגדיל את נראות הזרימה. וידאו: נאס”א
במהירויות שונות, ישנם הבדלים ניכרים בזרימת האוויר סביב הכדור. “באמצעות תבניות העשן אנו מנסים להבין באילו מהירויות ישתנו לפתע תבניות העשן” אומר מהטה. “מהירות זו היא המהירות שבה השפעת שינוי הכיוון הבלתי צפוי היא הגדולה ביותר.”
ניסויים במנהרת הרוח ובמנהרת מים בקוטר 17 אינטש (43.18 סנטימטר) תך שימוש בתאורה פלורצסנטית להארץ הזרימה תחת אור שחור, הראו כי המהירויות של התפנית הזו בהתנהגות הכדור הן בסביבות 48 קמ”ש. מדובר במהירות נמוכה ממהירויות הבעיטה של שחקני העל המשתתפים במונדיאל, הנעה בין 80 ל-90 קמ”ש. באופן מעניין, הג’אבולני, כדור חלק בהרבה מייצר את האפקט הזה באותו טווח מהירויות (כ-80 קמ”ש), זאת הסיבה שבגביע העולם FIFA 2010 הורגשה התופעה לעיתים קרובות.
ככל שהכדור חלק יותר, כך מתרחשת התופעה במהירות גבוהה יותר ואולם עם הגידול בחיספוס של הבראזוקה, המהירות בה מתרחשת התופעה נמוכה יותר – כאמור בסביבות 48-50 קמ”ש ולכן קיים סיכוי רב יותר שבמהלך גביע העולם בכדורגל FIFA 2014 מסלולי הכדורים במהירויות בעיטה טיפוסיות יהיו קלים יותר לחיזוי.
“השחקנים צריכים לשמוח בשל הכדור החדש” מעריך מהטה. “הוא יהיה יותר יציב במעופו וניתן יהיה להתייחס אליו כמו לכדור המסורתי בעל 32 הצלעות” הוא מסכם.
האם הדבר יהפוך את המשחק לפחות מרגש? התשובה של מהטה שלילית. באמצעות ההבנה החדשה של האווירודינמיקה של כדור הבראזוקה, הצופים, בפרט הילדים יוכלו להעריך טוב יותר את כישורי הרגליים של השחקנים. ספורטאי על ימשיכו להשתמש בכדור בדרכים מדהימות, הרי לא סתם נאמרו משפטים כגון “סובב אותו כמו בקהאם”.
* הערות, אין לאתר כל קשר למותגים המוזכרים בכתבה, בהיותם המותגים הרשמיים של גביע העולם, ובנאס”א היו מנסים אותם גם אם הם היו של יצרן אחר. הערה שניה, הלוואי שגם בארץ, הגופים שהיו אמורים להיות אמונים על כך היו לוקחים ברצינות את הפעילוית להפצת המדע בציבור כפי שנאס”א עושה בארה”ב.
