Stijn Braes
Koning voetbal kreeg de laatste tijd, tot de finale van het EK gisteren, veel aandacht. Toch kan deze balsport ook voor ons petrolheads interessant zijn, de basisprincipes achter een briljante trap zijn immers dezelfde als deze achter een racewagen. Of toch wanneer je Roberto Carlos heet…
Lessen fysica op maandag, was het geen zomer -en waren we geen volwassenen- dan zou het op een schooldag lijken. Een erg interessante dan wel, want het Bernoulli-principe is ook toepasbaar op de autosport en zelfs het voetbal (indien je over genoeg techniek beschikt tenminste). Zij die gezegend zijn met een wiskundeknobbel kennen de naam Bernouill zeker en vast, van de lessen wiskunde, statistiek of fysica. De familie Bernoulli betrof in de 17e en 18e eeuw immers een bende talentrijke onderzoekers. Dit nageslacht was trouwens oorspronkelijk afkomstig uit Antwerpen…
We staan hier stil bij het werk van Daniel Bernoulli -oftewel Danny voor de vrienden op de Bosuil…- die in de 18e eeuw kwam met wat we inmiddels de wet van Bernoulli noemen. Een natuurkundige wet die het stromingsgedrag van vloeistoffen en gassen beschrijft en de drukveranderingen aan hoogte- en snelheidsveranderingen relateert. Een van de natuurkundige effecten die de wet beschrijft, is dat een toename in de snelheid van een vloeistof of gas gepaard gaat met een verlaging van de druk in die vloeistof of dat gas. En eenieder van ons heeft er al ervaring mee gehad, twee buitendeuren die op een kier staan bijvoorbeeld en zo een duidelijke sterke tocht/versnelde luchtstroom (en onderdruk) veroorzaken. Eentje die vaak met een slaande deur eindigt.
Het is dit principe dat vanaf eind jaren ’70 ook furore maakte in de F1, denken we maar aan de Lotus 79 en diens ‘skirts’ (zie ook onderstaande video) welke de lucht onder de wagen kanaliseerden om zo onderdruk en het welbekende ‘ground effect‘ te bekomen. Hierbij wordt de wagen als het ware aan de grond gezogen (en dit steeds sterker naarmate de snelheid van de wagen toeneemt). Het resultaat was een fors toegenomen bochtensnelheid zonder veel (ongewenste) luchtweerstand (drag) te creëren. Uiteraard zagen we dit principe ook terug in andere takken van de autosport, zoals het langeafstandsracen met de Porsche 956. Die deze racediscipline letterlijk op zijn kop zette door vanaf dik 320 km/u zoveel ‘down force‘ te genereren dat deze racer hypothetisch onderste boven zou kunnen rijden (en zich dus zou vastzuigen aan een plafond).
Een variant op deze wet van Bernoulli heeft ook in -onder meer- het voetbal hoge ogen gegooid, namelijk het ‘Magnus-effect’ (vernoemd naar de eveneens 18e eeuwse Duitse natuur- en scheikundige H.G. Magnus). Oftewel, de opwekking van een zijwaartse kracht op een bolvormig voorwerp. Zo kan een ronddraaiend voorwerp dat door een gas of vloeistof beweegt, afwijken van zijn rechte pad door drukverschillen die in de omgeving ontstaan als gevolg van snelheidsveranderingen geïnduceerd door het ronddraaiende lichaam. Concreet: de luchtweerstand aan de kant van de bal die de lucht in draait (in de richting waarin de bal beweegt) vertraagt de luchtstroom, terwijl de luchtweerstand aan de andere kant de luchtstroom versnelt. Een grotere druk aan de kant waar de luchtstroom wordt vertraagd, dwingt de bal in de richting van het lagedrukgebied aan de andere kant, waar een relatieve toename van de luchtstroom plaatsvindt. Dit effect is afhankelijk van de viscositeit maar ook van het materiaal en oppervlak van de bal. De kuiltjes op een golfbal, de naden van een voetbal, zelfs de ‘haren’ op een tennisbal veroorzaken wervelingen die de luchtweerstand kunnen verhogen of verminderen aan de verschillende zijden van een draaiende bal.
In 1997, tijdens een wedstrijd tussen Brazilië en Frankrijk, demonstreerde Roberto Carlos op spectaculaire wijze het Magnus-effect met een van zijn welbekende vrije trappen. Toen hij de bal raakte, gaf hij de bal een enorme draai waardoor deze snel rond zijn as draaide terwijl de bal door de lucht bewoog. Deze fikse rotatie zorgde voor verschillen in luchtdruk rond de bal. Aan de ene kant van de bal bewoog de lucht tegen de draaiing in, waardoor de luchtdruk hoger werd. Aan de andere kant bewoog de lucht in dezelfde richting, wat een lagere luchtdruk veroorzaakte. Dit drukverschil zorgde er aldus voor dat de bal een bocht maakte in de richting van de lagere druk. In het geval van de vrije trap van Roberto Carlos kromde de bal zo dramatisch dat het leek alsof hij de wetten van de sport én de natuurkunde trotseerde om precies rond de verdedigingsmuur te krommen en voorbij een aan de grond genagelde doelman Barthez via de paal in de doel te belanden. En dat alles vanop een afstand van een goede 30 meter. Ja, ook voetbal kan een mooie sport zijn wanneer het technisch perfect uitgevoerd is. Aanschouw de video hieronder maar enkele keren, pas vanuit het standpunt van de Braziliaanse ex-vedette wordt het echt indrukwekkend.