Mükemmel Bir Spiral Futbol Pası Neden Fizik Kanunlarını İhlal Etmez?
Pazar günü, Baltimore Ravens takımından Lamar Jackson veya başka bir güçlü silahlı NFL oyun kurucu derin bir geçiş başlattığında, serbest bıraktığı fizik güçlerine hayran olmak için bir dakikanızı ayırın.
Top elinden çıktığında, atış yönünde yukarıyı gösterir. Havada kavis çizerken, uzun eksen boyunca görünür herhangi bir sallanma olmadan dönerken, topun burnu, atışın yörüngesini takip ederek ve alıcının eline düştüğünde aşağıyı işaret ederek eğilir.
Çoğu hayran için bu tamamen doğal görünüyor, top daha az sürtünme ile havada verimli bir şekilde dilimleniyor. Timothy J. Gay gibi bir fizikçi için kafa karıştırıcıydı.
Bunun nedeni, fizikçilerin gözleriyle gördüklerinin, açısal momentumun korunumu olarak bilinen hareketin temel bir özelliğiyle çelişiyormuş gibi görünmesidir. İyi atılmış bir futbolun sıkı spirali gibi dönen bir nesnenin ekseninin, bir kuvvet onu bükmek için hareket etmedikçe yönünü değiştirmeyeceğini belirtir. Futbolun burnunu hangi gücün aşağı ittiği belli değildi.
Daha da kötüsü, en basit analiz, aşağıdan gelen hava akışının futbolun burnunu aşağı değil yukarı iteceğini ve geriye doğru çevireceğini ileri sürer. Bu doğru olsaydı, uzun ve güzel bir geçiş imkansız olurdu.
Cornhusker’ların evi olan Lincoln’deki Nebraska Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Dr. Gay, “Bu paradoks” dedi. “Bunun üzerinde 20 yıl çalıştım ve bana yardım etmesi için iki akıllı insan getirene kadar pek ilerleme kaydedemedim ve üç yıl boyunca bu konuda birbirimize bağırarak geçirdik.”
Ana araştırmaları polarize elektron fiziği olarak bilinen bir alanda olan Dr. Gay, 1970’lerde lisans öğrencisiyken California Institute of Technology’de takımda oynayan futbolla uzun süredir ilgileniyor. Yirmi yıl önce, University of Nebraska oyunlarında devre arasında gösterilen atalet ve momentum gibi temel fizik kavramlarını açıklayan bir dizi video yaptı.
Ancak bu sorunun yanıtı onu gözünden kaçırdı.
Peki, futbol havada uçarken burnunu aşağı iten nedir?
Dr. Gay’in görevlendirdiği iki zeki insan, Albert Einstein’ın genel görelilik kuramını inceleyen Massachusetts Institute of Technology’de fizikçi olan Richard H. Price ve yüksek- Kaliforniya’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda güçlendirilmiş bilgisayar simülasyonları.
Onların da merakı vardı.
“Uzun zaman önce New York’ta futbol oynadım” dedi Dr. Price; Caltech gibi, atletizmiyle değil, yüksek başarı gösteren akademisyenleriyle tanınan Stuyvesant Lisesi’ne gitti. “Vasat olmayı arzuladım. Hiçbir zaman tam olarak oraya gelmedi.”
Dr. Moss, Caltech’teki Dr. Gay’in sınıf arkadaşı ve takım arkadaşıydı. Dr. Moss, “Başka hiçbir yerde oynayamam,” dedi. “Koç bana kırmızı bir kask verdi ve takımdaki herkese ‘Kırmızı kasklı çocuğu öldürmeyin’ dedi. Gerçek hikaye.”
Dr. Price, kendisi ve Dr. Gay bir bilimsel konferansta buluşup bunun hakkında konuşana kadar bu sorun hakkında düşünmediğini söyledi.
“Oldukça basit bir matematik uygulamaya başladım ve fizikçilerin yaptığını yaptım” dedi. banyo suyu, içinde bebek olmadığından emin olmak için çok dikkatli bakıyor.”
İlk düşünce deneyi, atmosferi denklemlerden çıkarmaktı, ancak o zaman futbola etki eden tek kuvvet yerçekimi olacaktı ve bu, topun tüm kısımlarına eşit olarak etki edecek ve bir bükülme torku uygulamayacaktı. burnu aşağı doğru itin. “Her zaman aynı yönü gösterecek, çünkü bir jiroskop görevi görüyor” dedi Dr. Price. “Burun ucu düşüp aşağı inmeyecek.”
Açıkça, yerçekimi ile birlikte hava direnci önemli bir rol oynuyordu – ancak basit analizin önerdiği gibi değil. Price, “gerçekte gördüğümüzle hiçbir ilgisi olmaması için,” dedi. fizik yasalarını ihlal ediyor.
Buradaki kilit nokta, bir yıldız NFL oyun kurucusunun bile mükemmel bir şekilde yalpasız bir pas atamamasıdır.Ayrıca, dönen bir nesne ile yerçekimi ve hava direnci gibi kuvvetler arasındaki etkileşimler genellikle mantığa aykırıdır. )
Bu geri döner bir jiroskop olarak dönen bir futbolun analojisi. Fizik profesörleri tarafından sıklıkla kullanılan bir gösteride, bir aks üzerindeki bisiklet tekerleğinden yapılmış bir jiroskop, aks yatay olarak tutulurken dakikada yüzlerce devirde dönüyor. Bir uç, askıya alınmış bir dizenin döngüsüne yerleştirilir. Jiroskopun diğer ucu bırakıldığında, neredeyse yatay kalır ve görünüşe göre yerçekimine meydan okur. Desteklenmeyen uç bir daire içinde hareket etmeye başlar – fizikçiler buna presesyon der.
Futbol da presesyona uğrar ve bu hareket, ortalama olarak futbolun burnunu aşağı iten aerodinamik bir bükülme yaratır, fizikçiler gösterdi.
Dr. Gay, bulguların potansiyel olarak oyun kuruculara bazı ipuçları verebileceğini söyledi – örneğin, sağ elini kullanan bir oyun kurucu, ilk başta top hafifçe sola eğik olarak pası atarsa, bu toplam havayı azaltabilir. diren ve biraz daha uzağa gitmesine izin ver. “Ama bunların oldukça marjinal gelişmeler olacağını düşünüyorum” dedi.
Denver Broncos ve diğer NFL takımları için eski bir oyun kurucu ve şimdi ESPN’de bir analist olan Brian Griese, üst düzey oyun kurucuların daha fazlasını öğrenmek isteyebileceğini söyledi.
“Sanırım her zaman bilgi arıyorsunuz, her zaman bir avantaj arıyorsunuz” dedi. “Gazeteyi okudum, ister inanın ister inanmayın ve çok ilginçti. Aslında şu anda 14 yaşında trigonometri okuyan bir kızım var ve bu yüzden onunla paylaştım ve onunla ilgilendi.”
Tabii ki, profesyonel sporcular zaten sezgisel olarak bunun çoğunu biliyorlar. Dr. Price, Kansas City Chiefs’ten Patrick Mahomes’in, kameranın yaklaşan geçiş yönüne baktığı bir pasın tekrarını izlediğini söyledi.
“Yalpalamaların sayısını sayabiliyordum ve bunlar makalemizdeki sayılarla iyi bir uyum içindeydi,” dedi Dr. Price. “Meslektaşlarıma ‘Gazetemizi okumuş olmalı’ diye şaka yaptım.”
Ben Shpigel raporlamaya katkıda bulundu.