El balón de la Copa del Mundo tiene la aerodinámica de un campeón

Agrandar / El balón Adidas Al Rihla durante el partido amistoso internacional entre Japón y Estados Unidos en el Merkur Spiel-Arena el 23 de septiembre de 2022 en Düsseldorf, Alemania. Como en cada Copa del Mundo, los jugadores usarán un nuevo balón en la Copa Mundial de la FIFA 2022 en Qatar. Lo último que quieren los competidores es que la pieza más importante del equipo se comporte de manera inesperada en el torneo más importante del deporte más popular del mundo. Como tal, se requiere mucho trabajo para garantizar que cada nuevo balón de la Copa del Mundo resulte familiar para los jugadores. Soy profesor de física en la Universidad de Lynchburg, con especialización en física deportiva. A pesar de las controversias sobre la corrupción y los problemas de derechos humanos en torno a la Copa del Mundo de este año, todavía hay belleza en la ciencia y la habilidad del fútbol. Como parte de mi investigación, examino la nueva pelota de la Copa del Mundo cada cuatro años para ver qué pasó en el desarrollo del corazón del juego más hermoso del mundo.

La física de la resistencia

Entre tiros a puerta, tiros libres y pases largos, muchos momentos importantes de un partido de fútbol suceden cuando la pelota está en el aire. Entonces, una de las características más importantes de un balón de fútbol es cómo se mueve por el aire.
Agrandar / A bajas velocidades, el aire solo encierra la superficie de la mitad delantera de un balón de fútbol antes de desprenderse de una manera organizada llamada flujo laminar, como se ve aquí en esta foto del túnel de viento. Agrandar / A altas velocidades, el aire que fluye sobre una pelota de fútbol se mueve casi por completo hacia la parte posterior de la pelota antes de romperse en vórtices caóticos llamados flujo turbulento. Cuando una pelota se mueve a través del aire, se forma alrededor de una parte de la pelota una capa delgada de aire en su mayoría quieto llamada capa límite. A bajas velocidades, esta capa límite solo cubre la mitad frontal de la pelota antes de que el aire que fluye se separe de la superficie. En este caso, el flujo de aire detrás de la pelota es bastante regular y se denomina flujo laminar. Sin embargo, cuando una pelota se mueve rápido, la capa límite se envuelve mucho más alrededor de la pelota. Cuando el flujo de aire eventualmente se separa de la superficie de la pelota, lo hace en una serie de vórtices caóticos. Este proceso se llama flujo turbulento. Al calcular cuánta fuerza ejerce el aire en movimiento sobre un objeto en movimiento, llamado arrastre, los físicos usan un término llamado coeficiente de arrastre. Cuanto mayor sea el coeficiente de arrastre a una velocidad dada, más arrastre sentirá un objeto. Resulta que el coeficiente de arrastre de una pelota de fútbol en flujo laminar es unas 2,5 veces mayor que en flujo turbulento. Aunque pueda parecer contradictorio, hacer rugosa la superficie de una bola retrasa la separación de la capa límite y mantiene la bola en un flujo turbulento por más tiempo. Este hecho físico, que las bolas más ásperas sienten menos arrastre, es la razón por la que las bolas de golf con tacos vuelan mucho más lejos que si las bolas fueran lisas. Al hacer una buena pelota de fútbol, ​​la velocidad a la que el flujo de aire pasa de turbulento a laminar es fundamental. Esto se debe a que una pelota comienza a disminuir drásticamente la velocidad cuando ocurre esta transición. Si el flujo laminar comienza a una velocidad demasiado alta, la bala comenzará a disminuir la velocidad mucho más rápido que una bala que mantiene el flujo turbulento por más tiempo. anuncio publicitario

Desarrollo de la pelota de la Copa del Mundo

Agrandar / El Adidas Telstar, utilizado en las Copas del Mundo de 1970 y 1974, es lo que muchas personas imaginan cuando piensan en una pelota de fútbol. Adidas ha estado suministrando balones para la Copa del Mundo desde 1970. Hasta 2002, todos los balones se fabricaban con la legendaria construcción de 32 paneles. Los 20 paneles hexagonales y los 12 pentagonales están hechos tradicionalmente de cuero y cosidos entre sí. Una nueva era comenzó con la Copa del Mundo de 2006 en Alemania. El balón de 2006, llamado Teamgesit, constaba de 14 paneles sintéticos lisos que estaban unidos térmicamente en lugar de cosidos. El sello unido más apretado mantuvo el agua fuera del interior de la pelota en los días lluviosos y bochornosos. Hacer una pelota con nuevos materiales, con nuevas técnicas y con menos paneles cambia la forma en que la pelota vuela por el aire. En las últimas tres Copas del Mundo, Adidas ha tratado de equilibrar la cantidad de paneles, las propiedades de las costuras y la estructura de la superficie para crear balones con la cantidad justa de aerodinámica. El balón Jabulani de ocho paneles utilizado en la Copa del Mundo de 2010 en Sudáfrica tenía paneles texturizados para adaptarse a costuras más cortas y menos paneles. A pesar de los esfuerzos de Adidas, el Jabulani fue un balón controvertido, y muchos jugadores se quejaron de que desaceleró abruptamente. Cuando mis colegas y yo analizamos la pelota en el túnel de viento, descubrimos que la Jabulani era demasiado suave en general y, por lo tanto, tenía un coeficiente de resistencia más alto que la pelota Teamgesite de 2006.
Agrandar / La pelota Jabulani más suave de la Copa del Mundo de 2010 en Sudáfrica fue ampliamente criticada por su vuelo lento. Los balones de la Copa del Mundo de Brasil 2014, el Brazuca, y Rusia 2018, el Telstar 18, tenían seis campos de formas extrañas. Aunque tenían texturas superficiales ligeramente diferentes, generalmente tenían la misma rugosidad general de la superficie y, por lo tanto, propiedades aerodinámicas similares. En general, a los jugadores les gustaron Brazuca y Telstar 18, pero algunos se quejaron de la tendencia de Telstar 18 a explotar fácilmente.