Mükemmel Sarmal Futbol Pasosu Neden Fizik Yasalarını İhlal Etmez

Pazar günü, Baltimore Kuzgunlarından Lamar Jackson veya başka bir güçlü silahlı NFL oyun kurucusu derin bir pas attığında, serbest bıraktığı fizik kuvvetlerine hayranlıkla bakmak için bir dakikanızı ayırın.

Top elini terk ettiğinde, atış yönünü yukarı doğru işaret eder. Havada dönerken, herhangi bir görünür yalpalama olmaksızın uzun eksen boyunca dönerken, topun burnu, atış yörüngesini takip ederek ve alıcının ellerine düştüğünde aşağıya doğru eğilir.

Çoğu taraftar için bu tamamen doğal görünüyor, top havayı daha az sürüklemeyle verimli bir şekilde yarıyor. Timothy J. Gay gibi bir fizikçi için kafa karıştırıcıydı.

Bunun nedeni, fizikçilerin gözleriyle gördüklerinin, açısal momentumun korunumu olarak bilinen temel bir hareket özelliği ile çelişiyor görünmesidir. İyi fırlatılan futbolun sıkı spirali gibi dönen bir nesnenin ekseninin, onu döndürmek için bir kuvvet hareket etmedikçe yönünü değiştirmeyeceğini belirtir. Futbolun burnunu hangi kuvvetin ittiği belli değildi.

Daha da kötüsü, en basit analiz, aşağıdan gelen hava hücumunun futbolun burnunu aşağı değil yukarı iteceğini ve geriye doğru çevireceğini öne sürüyordu. Bu doğru olsaydı, uzun ve güzel bir geçiş imkansız olurdu.

Cornhuskers'ın evi olan Lincoln'deki Nebraska Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Dr. Gay, “İşte paradoks bu,” dedi. "Bunun üzerinde 20 yıl çalıştım ve bana yardım etmesi için iki zeki insan getirene kadar çok ilerleme kaydetmedim ve üç yıl boyunca birbirimize bu konuda bağırdık."

Ana araştırması polarize elektron fiziği olarak bilinen bir alanda olan Dr. Gay, 1970'lerde lisans öğrencisiyken California Institute of Technology'de takımda oynayan futbolla uzun süredir ilgilendi. Yirmi yıl önce, Nebraska Üniversitesi oyunlarının ilk yarısında gösterilen atalet ve momentum gibi temel fizik kavramlarını açıklayan bir dizi video yaptı .

Ancak bu sorunun cevabı onu atlattı.

Peki havada uçarken futbolun burnunu aşağı iten nedir?

Dr.Gay'ın görevlendirdiği iki akıllı kişi, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisini inceleyen Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden fizikçi Richard H. Price ve Lawrence Livermore'da yüksek güçlü bilgisayar simülasyonları yaratan C.William C. Moss idi. Kaliforniya'daki Ulusal Laboratuvar.

Onların da ilgisini çekti.

Dr. Price, “Uzun zaman önce New York'ta futbol oynadım” dedi; Caltech gibi, atletizmiyle değil, yüksek başarı gösteren akademisyenleriyle tanınan Stuyvesant Lisesi'ne girdi. Vasat olmayı arzuluyordum. Oraya asla tam olarak ulaşamadım. "

Dr. Moss, Caltech'te Dr. Gay'in sınıf arkadaşı ve takım arkadaşıydı. Dr. Moss, "Başka hiçbir yerde oynayamadım" dedi. "Koç bana kırmızı bir kask verdi ve takımdaki herkese" Çocuğu kırmızı kaskla öldürmeyin "dedi. Gerçek hikaye."

Dr. Price, kendisi ve Dr. Gay bilimsel bir konferansta buluşup bunun hakkında konuşana kadar bu sorunu düşünmediğini söyledi.

Dr. Price, "Oldukça basit bir matematik uygulamaya ve fizikçilerin yaptığını yapmaya devam ettim," dedi. "Bu, tüm ilgisiz detayları atmaya çalışmak ve bir şeyin özünü almaktır. Banyo suyunu atın, çok görünün. içinde bebek olmadığından emin olmak için dikkatlice. "

İlk düşünce deneyi, atmosferi denklemlerden çıkarmaktı. Ancak topa etki eden tek kuvvet yerçekimi olacaktır ve bu, topun tüm kısımlarına eşit şekilde etki eder ve burnu aşağı doğru itmek için bir bükme torku uygulamaz. Dr. Price, "Her zaman aynı yönü gösterecek, çünkü bir jiroskop görevi görüyor" dedi. "Burun ucu düşmeyecek ve aşağı inmeyecek."

Açıktır ki, yerçekimi ile birlikte hava direnci önemli bir rol oynuyordu – ancak basit analizin önereceği bir şey değildi. Dr. Price, "Bu harika bir şey, çünkü her ikisinin de gerçekte gördüğümüzle hiçbir ilgisi yok gibi görünen bu iki etkiye sahipsiniz" dedi.

Bu fenomeni ilk inceleyen üç bilim insanı değildi ve diğerleri rüzgar tüneli deneyleri ve bilgisayar simülasyonları yoluyla atılan futbolların fizik kanunlarını ihlal etmediğini gösterdi.

Ancak bu yaz American Journal of Physics'te yayınlanan sonuçlarının, neler olup bittiğine dair basit bir anlayış sağlayan ilk sonuçlar olduğunu söylüyorlar.

Önemli olan, bir yıldız NFL oyun kurucusunun bile kusursuz bir yalpalamasız pas atamamasıdır. Ayrıca, dönen bir nesne ile yerçekimi ve hava direnci gibi kuvvetler arasındaki etkileşimler genellikle mantıksızdır.

Bu, dönen bir futbolun jiroskop olarak benzeşmesine geri dönüyor. Fizik profesörleri tarafından sıklıkla kullanılan bir gösteride, aks yatay tutulurken, bir aks üzerindeki bisiklet tekerleğinden yapılmış bir jiroskop dakikada yüzlerce devirle dönüyor. Bir uç askıya alınmış bir ipin döngüsüne yerleştirilir. Jiroskobun diğer ucu serbest bırakıldığında, neredeyse yatay kalır ve görünüşte yerçekimine meydan okur. Desteklenmeyen uç, fizikçilerin devinim dedikleri bir daire içinde hareket etmeye başlar.

Fizikçiler, futbol da bir devinim geçiriyor ve bu hareket aerodinamik bir bükülme yaratıyor ve fizikçiler, ortalama olarak futbolun burnunu aşağıya itiyor.

Dr. Gay, bulguların potansiyel olarak oyun kuruculara bazı ipuçları bile sağlayabileceğini söyledi – örneğin, sağ elini kullanan bir oyun kurucu pası başlangıçta hafifçe eğik şekilde sola atarsa, bu toplam hava direncini düşürebilir ve hareket etmesine izin verebilir. biraz daha uzağa. "Ancak bunların oldukça marjinal gelişmeler olacağını düşünüyorum" dedi.

Denver Broncos ve diğer NFL takımlarının eski oyun kurucusu ve şimdi ESPN'de analist olan Brian Griese, üst düzey oyun kurucuların daha fazla öğrenmekle ilgilenebileceğini söyledi.

"Bence her zaman bilgi arıyorsun, her zaman bir avantaj arıyorsun," 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 ilgisini çekti. "

Tabii ki, profesyonel sporcular bunun çoğunu sezgisel olarak zaten biliyorlar. Dr. Price, Kansas City Chiefs'ten Patrick Mahomes'in kameranın yaklaşan geçiş yönüne baktığı bir pasın tekrarını izlediğini söyledi.

Dr. Price, "Yalpalama sayısını sayabiliyordum ve makalemizdeki sayılarla iyi bir uyum içindeydiler" dedi. "Meslektaşlarıma şaka yaptım, 'Gazetemizi okumuş olmalı.'

Ben Shpigel haberciliğe katkıda bulundu.