Мабуть, кожен учень може назвати свій улюблений предмет у школі. Хтось назве фізику, хтось математику, а хтось фізкультуру. Потрібна справжня педагогічна майстерність, щоб привити любов дитини до свого предмету, знаючи що її уподобання дещо інші. Мабуть, не один вчитель ставив перед собою питання як привити любов до фізики в учнів, які не хочуть вчитися, а лишень думають як "з м'ячем погасати". Відповідь хоча й не очевидна, але проста. Розповідайте на уроках про футбол!
"З глузду з'їхав!" – мабуть, подумали ви про автора блогу. Але не поспішайте з висновками, а спершу подивіться відео та зверніть увагу на траєкторію м'яча, яка, так і хочеться сказати, що "порушує всі закони фізики". Звісно, жодних порушень фізичних законів нема. Але про все по порядку. На відео показано як у матчі Бразилія-Франція у 1997 році Роберто Карлос забиває свій легендарний гол. Тоді молодому бразильцю доручили забити пенальті. Забити гол "по прямій" було просто неможливо, оскільки ворота були заблоковані французькими захисниками. Тоді Роберто вирішив бити м'яч в бік – у напрямку, в якому здавалося б м'яч мав би просто вилетіти за межі поля і, навіть, близько не наблизитись до воріт. Такий вчинок футболіста не міг не здивувати як французьких захисників, так і воротаря, адже виглядав просто як "капітуляція без бою". Проте, яке було у всіх здивування, коли десь на півдорозі м'яч несподівано розвернувся назад та полетів у ворота. І в результаті гол!
Що ж могло зумовити такий дивовижний рух м'яча? Відповідь: ефект Магнуса. Справа у тому, що футболіст не лише надав м'ячу певну швидкість, але ще й закрутив м'яча. Тобто м'яч не просто рухався поступально з певною швидкістю, але ще й обертався навколо практично вертикальної осі. Якби м'яч рухався лише поступально, то він просто би полетів у тому напрямку, в якому Роберто Карлос надав йому швидкість, та вилетів би за межі футбольного поля. Але м'яч ще й крутився і саме це дозволило йому "змінити свою траєкторію" та полетіти у ворота. Нічого не зрозуміло? Так і має бути, поки що. Погляньте на рисунок нижче.
На рисунку показано, що відбуватиметься, якщо футболіст надасть м'ячу певну швидкість υ, одночасно закрутивши його проти годинникової стрілки. Через поступальний рух м'яча, обтікаючи м'яч, рухатиметься й повітря в протилежному напрямку до руху м'яча – в напрямку від воріт. Однак, не треба забувати, що м'яч ще й крутиться. Тому внаслідок тертя м'яч буде "захоплювати" повітря поряд із собою і воно теж разом з м'ячем буде крутитися проти годинникової стрілки. Тому швидкість повітря υ1 справа від м'яча буде меншою, ніж швидкість повітря υ2 зліва від м'яча (За рахунок поступального руху м'яча повітря рухається в сторону від воріт. В цю ж сторону рухається повітря зліва від м'яча за рахунок обертання м'яча. Тому зліва від м'яча швидкість повітря дорівнюватиме сумі швидкостей, зумовлених поступальним і обертовим рухами м'яча. А справа від м'яча обертовий рух спричинює рух повітря в протилежну сторону – в сторону до воріт. Тому справа швидкість повітря дорівнюватиме різниці швидкостей, зумовлених поступальним і обертовим рухами).
Отже, υ1<υ2. На основі закону Бернулі можемо записати, що
Оскільки, υ1<υ2, то з формули легко бачити, що p1>p2. Отже, тиск повітря справа від м'яча буде більшим, ніж зліва від нього. І тому виникатиме сила F, яка "штовхатиме" м'яч з області більшого тиску в область нижчого тиску, тобто вліво. У цьому і полягає ефект Магнуса, відкритий у ХІХ столітті німецьким фізиком Генріхом Магнусом. Саме ефект Магнуса дозволив Роберто Карлосу забити свій легендарний гол, змусивши м'яч звернути вліво від траєкторії, на яку всі очікували.
Тому, друже, якщо ти хочеш стати професійним спортсменом, то і фізику тобі не завадить знати. І не лише шкільну фізику. В школі, на жаль, не вивчають ефект Магнуса, однак ти зможеш дізнатися про нього і не тільки, якщо цікавитимешся фізикою та читатимеш додаткову літературу. А поки що можеш провести вдома експеримент: склеїти з паперу легкий циліндр і спустити його з похилої площини, як показано на рисунку.
Поспостерігай за траєкторією циліндра та поясни чому він "звернув" під стіл, зобразивши всі сили, які діють на нього. Чи не винен у цьому обертовий рух циліндра?