كشفت الأبحاث التي أجريت في أنفاق الرياح التابعة لوكالة ناسا أن الكرة الرسمية لكأس العالم السابقة، والتي كانت أكثر سلاسة، كانت غير متوقعة، ودقة الخشونة التي أضيفت عمدا إلى الكرة الحالية تسمح للاعبين بالتحكم فيها وحراس المرمى بالتنبؤ إلى أين ستتجه.
وفي نفس وقت إطلاق صافرة البداية (fتم تنفيذ الركلة الافتتاحية من قبل شخص معاق يستخدم أرجل آلية) لكأس العالم لكرة القدم 2014، قررت ناسا أيضًا الانضمام إلى الاحتفال بكأس العالم. ومن بين المشجعين أيضًا مهندسون في وكالة ناسا استخدموا أنفاق الرياح التابعة للوكالة (المعروفة باسم وكالة الطيران والفضاء، هذه المرة مع التركيز على أول أ)، لتجربة كرة أديداس الجديدة، الكرة الرسمية للبطولة. كأس العالم المعروفة باسم برازوكا.
على الرغم من أن وكالة ناسا لا تعمل على تصميم واختبار كرات كرة القدم، إلا أن البطولة أعطت موظفيها فرصة لشرح مفهوم الديناميكا الهوائية للطلاب وغيرهم من المواطنين الذين هم أقل دراية بقوانين الفيزياء الأساسية للديناميكا الهوائية.
"توفر هذه الرياضة فرصة جيدة لتقديم مجال الديناميكا الهوائية للجيل القادم من الباحثين من خلال توضيح العلاقة بين الاثنين." يقول رافي ميهتا، مدير قسم الفيزياء الجوية التجريبية في مركز أبحاث أميس التابع لناسا في موفت فيلد، كاليفورنيا.
الديناميكا الهوائية هو المجال الذي يدرس كيفية تدفق الهواء والسوائل، المعروفة مجتمعة باسم "السوائل" حول الأجسام. يقوم المهندسون في مركز أميس، وهو مركز أبحاث رائد عالميًا في مجال أبحاث الديناميكا الهوائية الأساسية، بتوليد فهم عميق لكيفية تدفق السوائل حول الأجسام البسيطة ثلاثية الأبعاد مثل الأسطوانات والمجالات. تسمح المعرفة للمهندسين بالتنبؤ بكيفية تأثير التغييرات الصغيرة في هذه التكوينات الأساسية على أنماط التدفق.
توصف أحيانا كرة كأس العالم لكرة القدم السابقة، والمعروفة باسم جابولاني، بأنها ذات حركات "خارقة للطبيعة". كان أيضًا محبوبًا من قبل المهاجمين، وكان يكرهه حراس المرمى لأنه عندما يتم ركله بحركة بسيطة أو بدون دوران، تبدأ الكرة في التسارع وهذا يمنح المهاجم فرصة أكبر للتسجيل. يحدث التسارع عندما يكون في حالة دوران قليل أو معدوم، ويبدو أنه يقطع الهواء بشكل عشوائي، وبالتالي لا يمكن التنبؤ بمساره.
الدكتور ميهتا وكريستينا نجو يشاهدان اختبارًا لكرة القدم ذات 32 جانبًا في قناة مائية مقاس 17 بوصة. أنماط التدفق مرئية بفضل استخدام الإضاءة المتوهجة و"الضوء الأسود".
إن الاستفادة الكاملة من خصائص طيران الكرة من أجل إطلاق النار عليها ليس بالأمر الجديد في الرياضة. في لعبة البيسبول، الفرق الوحيد بين الأنواع المختلفة من الضربات هو الطريقة التي تدور بها الكرة متأثرة بالصدمات التي تتعرض لها. في كرة القدم لا توجد زوائد خارجية سوى الدرزات التي تربط بين الأضلاع ولكن هناك الكثير منها.
وللتعامل مع عدم القدرة على التنبؤ برحلة كرة الجابولاني، قامت شركة أديداس بمساعدة مئات اللاعبين بتطوير كرة برازوكا، حيث تحتوي كرة القدم التقليدية على 32 ضلعًا، والجابولاني ثمانية ضلع، والبرازوكا ستة فقط.
على الرغم من أنها تحتوي على عدد أقل من الأضلاع، إلا أن أضلاع برازوكا التي تشبه إصبع القدم تزيد من طول الدرزات مقارنة بكرات القدم الرسمية السابقة في كأس العالم. كما تبدو الدرزات أعمق من تلك الموجودة في الجابولاني والأضلاع مليئة بالمطبات الصغيرة، وهي عوامل مصممة للتأثير على الديناميكا الهوائية للكرة.
ما يبدو منطقيًا بشأن تحرك الهواء حول كرة بسيطة ليس صحيحًا تمامًا. تدفق الهواء حول الكرة ليس سلسًا، ويتم إنشاء قدر كبير من السحب خلف العظم. يمكن رؤية مثال على ذلك في ملعب الجولف عندما تتوقف كرة الجولف على مسافة أقصر من الكرة "المجروحة". تعمل النتوءات الموجودة على سطح الكرة على تحريك الهواء وخلق منطقة ذات ضغط هواء منخفض خلف الكرة، وبالتالي تقليل الاحتكاك، وبالتالي زيادة المسافة التي تصل إليها الكرة أيضًا.
"تتشكل طبقة رقيقة من الهواء بالقرب من سطح الكرة، تُعرف باسم "الطبقة الحدودية"، ويؤثر شكلها وموضعها على أداء الكرة." يقول ميهتا. "المواد المستخدمة وصلابة سطح الكرة وتوزيع التشكيلات على السطح تؤثر على الديناميكا الهوائية."
كل هذه الأشياء تؤثر على خشونة الكرة وستساعد في تقليل السلوك غير المتوقع لمتوسط سرعات الركلة في كأس العالم لكرة القدم.
في نفق رياح مكعب يبلغ عرضه قدمين وارتفاعه 2 سم في مختبر أميس، أوضح ميهتا كيف يطلق تدفق الهواء حول كرة رازوكا تدفقًا متحكمًا فيه من الدخان فوق سطح الكرة المعزز بالليزر لزيادة رؤية التدفق. . فيديو: ناسا
عند السرعات المختلفة، هناك اختلافات ملحوظة في تدفق الهواء حول الكرة. يقول ميهتا: "باستخدام أنماط الدخان، نحاول أن نفهم السرعات التي ستتغير بها أنماط الدخان فجأة". "هذه السرعة هي السرعة التي يكون فيها تأثير التغيير غير المتوقع في الاتجاه أعظم."
وأظهرت التجارب التي أجريت في نفق الرياح وفي نفق مائي بقطر 17 بوصة (43.18 سم) باستخدام إضاءة الفلورسنت للتدفق تحت الضوء الأسود، أن سرعات هذا الدوران في سلوك الكرة تبلغ حوالي 48 كم/ساعة. وهي سرعة أقل من سرعة ركل اللاعبين الكبار المشاركين في كأس العالم، حيث تتراوح بين 80 و90 كم/ساعة. ومن المثير للاهتمام أن الجابولاني، وهي كرة أكثر سلاسة، تنتج هذا التأثير في نفس نطاق السرعات (حوالي 80 كم/ساعة)، ولهذا السبب كانت هذه الظاهرة محسوسة في كثير من الأحيان في كأس العالم 2010 FIFA.
كلما كانت الكرة أكثر سلاسة، كلما حدثت الظاهرة بشكل أسرع، ولكن مع زيادة خشونة البرازوكا، تقل السرعة التي تحدث بها الظاهرة - كما ذكرنا حوالي 48-50 كم/ساعة، وبالتالي هناك احتمال أكبر أنه خلال في كأس العالم لكرة القدم 2014، سيكون من الأسهل التنبؤ بمسارات الكرات بسرعات الركل النموذجية.
يقول ميهتا: "يجب أن يكون اللاعبون سعداء بالكرة الجديدة". ويختتم قائلاً: "ستكون أكثر استقرارًا أثناء الطيران ويمكن التعامل معها مثل الكرة التقليدية ذات 32 جانبًا".
هل هذا سيجعل اللعبة أقل إثارة؟ إجابة ميهتا سلبية. ومن خلال الفهم الجديد للديناميكيات الهوائية لكرة البرازوكا، سيتمكن المتفرجون، وخاصة الأطفال، من تقدير حركات قدمي اللاعبين بشكل أفضل. سيستمر الرياضيون الخارقون في استخدام الكرة بطرق مذهلة، ولا يقتصر الأمر على قول جمل مثل "أدرها مثل بيكهام".
* ملحوظة: لا علاقة لها بالماركات المذكورة في المقال فهي الماركات الرسمية لكأس العالم، وكانت وكالة ناسا ستجربها حتى لو كانت من مصنع آخر. ملاحظة ثانية، أتمنى في إسرائيل أيضًا أن تأخذ الهيئات التي كان من المفترض أن تكون مسؤولة عن هذا النشاط على محمل الجد نشاط نشر العلوم للجمهور كما تفعل وكالة ناسا في الولايات المتحدة الأمريكية.
