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5/24/2018 Los Efectos y Potencia en El Deporte Rey
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Los efectos y potencia en el deporte rey Descargar PDF
John Eric Goff
julio 2010
ARTCULO ANTERIOR
EST UDIO R PID A
SIGUIENT E ARTCULO
Despus de una pelota deja el pie de un jugador de ftbol la rugosidad superficial y las fuer!as areas asi"tricas
contribuyen a algunas trayectorias aso"brosos#
IR A LA SECCIN ...
Es tiempo e !a Copa e! "#$o y la gente de todo el planeta tienen sus ojos en $ud%frica# &ara un gran e'entoEE#((# co"o el $uper )o*l anual la audiencia es tal 'e! 100 "illones# Esa cifra se ele'a en un orden de "agnitud
cuando la +opa del ,undo llega cada cuatro a-os# Los .ue sintoni!ar a 'er no s/lo el ftbol e"ocionante lla"ado ftbol
en la "ayora de los pases sino ta"bin la fsica fascinantes en acci/n#
+apa l"ite y arrastreIR A LA SECCIN ...&orteros de ftbol profesionales per"iten a la "ayora de los pocos goles en un partido# Los tiros libres y tiros de es.uina
sin e"bargo representan relati'a"ente buenas oportunidades de gol y as son particular"ente e"ocionante# 3lgunos fans
pueden ad"irar sobre todo la potencia su"inistrada por los &ases )ajos 45obin 'an &ersie6 otros pueden ad"irar las
cur'as i"partidas por el ingls $te'en Gerrard# De cual.uier "anera la fsica re'ela por .u la bola se "ue'e co"o lo
hace#
+o"o un bal/n de ftbol se "ue'e a tra's del aire se siente una fuer!a debido a las diferencias de presi/n y de las
interacciones entre el aire 'iscoso y la superficie de la pelota# Las fuer!as 'iscosas son i"portantes en la capa l"ite un
concepto introducido por Lud*ig &randtl en el u"bral del siglo 20# En esa regi/n cerca de la superficie de la bola la
'elocidad del aire en relaci/n con la superficie de la bola se ele'a desde cero en la superficie hasta casi su 'alor sin
corriente 'ase el artculo de John D# 3nderson Jr enPhysics Today dicie"bre de 2007 p%gina 82# La capa l"ite es
"%s delgado en la parte frontal de la pelota .ue se enfrenta al aire en direcci/n contraria y "%s grueso "%s atr%s# +on el
tie"po se separa de la pelota por co"pleto y deja un patr/n de flujo co"plejo con re"olinos re"olinos a su paso# Gran
parte de la "ara'illa de las trayectorias de ftbol depende de d/nde la capa l"ite se separa#
9ui!%s el par%"etro "%s i"portante en la din%"ica de fluidos es el n"ero de 5eynoldsRe: VD / con Vde la bola de
centro de "asa de 'elocidad respecto al aire yDel di%"etro de la bola6 la 'iscosidad cine"%tica es la relaci/n de la
'iscosidad del aire a su densidad ;# ,ediante la aplicaci/n de la segunda ley de
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"o'i"iento alrededor de un objeto se obtiene la ecuaci/n de
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'elocidad de la bola# En las dos inserciones pol'o siste"a de ilu"inaci/n re'ela la separaci/n de la capa l"ite de un
bal/n de ftbol en "o'i"iento a tra's del aire# La i"agen de la i!.uierda corresponde a un n"ero de 5eynolds de 11
10 7y flujo la"inar#&ara la i"agen de la derechaRe: 2 10 7y el flujo es turbulento6 tenga en cuenta .ue la
separaci/n de la capa l"ite es "%s atr%s en esa i"agen# La trayectoria de un lan!a"iento de falta directo golpeado=est%
sie"pre en el rgi"en turbulento#&ara balones de ftbol los juegos de crisis arrastre en cuando la 'elocidad es de unos 12 " ? seg co"parable a la de un
pase de "edio alcance# (n tiro libre de 'an &ersie sale de su !apato conReF 7 10 7y entra en la "eta conReF I
10 76 para toda la trayectoria de la pelotaRees superior al 'alor de crisis# nicial"ente la fuer!a de arrastre sobre la bola
es de aproCi"ada"ente 17K "ayor .ue el peso de la pelota# &ara una recta de Grandes LigasReF 2 10 7y la fuer!a de
arrastre es co"parable con el peso de la bola# (na pelota de golf en "archa a 0 " ? s tieneReF 2 10 7y eCperi"enta
una fuer!a de arrastre de "%s de dos 'eces su peso# La si"plificaci/n de la fsica introductoria co"n de ignorar la
resistencia del aire sin duda no es aplicable al estudio de los proyectiles de los deportes#
(n sa.ue de pl%tano con aire batidaIR A LA SECCIN ...&ara el tiro libre de efecti'os un jugador de ftbol co"o Gerrard .uiere dar a la bola una 'elocidad inicial grande para
.ue el portero tiene poco tie"po para reaccionar# Ba"bin .uiere hacer girar la bola de "odo .ue las cur'as "%s all% del
portero# Esas son las necesidades .ue co"piten La gran 'elocidad de traslaci/n re.uiere una patada por el centro de la
bola pero una 'elocidad de giro grande re.uiere un tiro fuera del centro# (na buena patada Gerrard tiene un efecto lateral
inicial de alrededor de H00 rp"# En co"paraci/n una cur'a de Grandes Ligas hace girar a una 'elocidad de alrededor de
2#000 rp" y una pelota de golf de salir de la te podra tener un efecto de retroceso de 2#700 rp" o "%s en parte gracias al
estriado e inclinado el rostro del club de golf#
(na bola .ue gira con 'elocidad angular M a!ota el aire detr%s de l# +o"o la inserci/n a la figura2 "uestra una
caracterstica i"portante de este proceso es .ue la capa l"ite se separa "%s atr%s en el lado de la bola .ue gira en la
direcci/n opuesta a la 'elocidad A# centro=de="asa Debido a .ue la asi"etra la aire ejerce una fuer!a sobre la bola=
lla"ada la fuer!a de ,agnus en honor a einrich Gusta' ,agnus=en la direcci/n de M A# (n fen/"eno si"ilar ocurre
en el "ar cuando el ti"/n de un barco se des'a el agua de for"a asi"trica detr%s de un barco de ejecutar un giro# La
fuer!a de ,agnus acta ade"%s de la fuer!a de arrastre# &or supuesto el aire ejerce s/lo una nica fuer!a en la
pelota6 c/"o se reparte la fuer!a en sus co"ponentes es de hasta el cientfico#
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f2http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f2http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f25/24/2018 Los Efectos y Potencia en El Deporte Rey
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aga clic para 'er
%%%Gooooo!&+uando un jugador de ftbol se consigui/ un tiro libre los defensores se renen en una pared segn lo
indicado por el rect%ngulo 'erde# Este gr%fico "uestra dos trayectorias de tiro libre .ue restable!can la pared la cur'a
roja .ue corresponde a una pelota sin giro y la cur'a a!ul="%s dura=para interceptar lo .ue representa una bola con
efecto lateral# Las distancias se eCpresan en "etros# La inserci/n cortesa de Nenneth Oright "uestra una 'ista area de
la pelota .ue des'a el aire hacia la derecha# &or lo tanto de acuerdo con la tercera ley de
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7# )G +oo> JE Goff PEl espacio de par%"etros para el Cito de los retrocesos de ftbolP $ur. %.. Phys. *)
SH7 200H#
)iografasIR A LA SECCIN ...+o,$ Eric Go--goffTlynchburg#edu es profesor asociado de fsica en la uni'ersidad de Lynchburg en Lynchburg
Airginia#
U 2010 nstituto 3"ericano de Vsica
DOI http??dC#doi#org?10#10HI?1#I8HIHIH
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INGLES
&o*er and spin in the beautiful ga"e Do8$!oa PDF
John Eric Goff
julio 2010
PRE 9IOUS ART ICLE
:UIC; STUD e the
annual $uper )o*l 'ie*ership is perhaps 100 "illion# Bhat nu"ber ju"ps by an order of "agnitude *hen the Oorld +up
arri'es e'ery four years# Bhose *ho tune in *ill see not only eCciting soccer called football in "ost countries but also
fascinating physics in action#
)oundary layer and dragGO TO SECTION...
mailto:[email protected]:[email protected]://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/news;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/termsconditions;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/privacy;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/advertisers;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/help;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/contact;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://twitter.com/aip_publishinghttp://scitation.aip.org/deliver/fulltext/aip/magazine/physicstoday/63/7/1.3463636.pdf?itemId=/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636&mimeType=pdf&containerItemId=content/aip/magazine/physicstoday/issueshttp://scitation.aip.org/content/contributor/AU0025662http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463635http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/63/7/ptolsection?heading=Quick+Studyhttp://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463637http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636http://www.flickr.com/photos/39565660@N03/sets/http://www.facebook.com/AIPPublishinghttp://twitter.com/aip_publishingmailto:[email protected]://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/news;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/termsconditions;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/privacy;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/advertisers;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/help;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/contact;jsessionid=9cfcpqajfr260.x-aip-live-02http://scitation.aip.org/deliver/fulltext/aip/magazine/physicstoday/63/7/1.3463636.pdf?itemId=/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636&mimeType=pdf&containerItemId=content/aip/magazine/physicstoday/issueshttp://scitation.aip.org/content/contributor/AU0025662http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463635http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/63/7/ptolsection?heading=Quick+Studyhttp://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463637http://www.facebook.com/sharer.php?u=http%3A%2F%2Fscitation.aip.org%2Fcontent%2Faip%2Fmagazine%2Fphysicstoday%2Farticle%2F63%2F7%2F10.1063%2F1.3463636&t=fPower+and+spin+in+the+beautiful+gamehttp://twitter.com/home?status=fPower+and+spin+in+the+beautiful+game+http%3A%2F%2Fscitation.aip.org%2Fcontent%2Faip%2Fmagazine%2Fphysicstoday%2Farticle%2F63%2F7%2F10.1063%2F1.3463636http://www.mendeley.com/import/?doi=10.1063/1.3463636http://scitation.aip.org/email?currentTarget=%2Fcontent%2Faip%2Fmagazine%2Fphysicstoday%2Farticle%2F63%2F7%2F10.1063%2F1.3463636&itemId=%2Fcontent%2Faip%2Fmagazine%2Fphysicstoday%2Farticle%2F63%2F7%2F10.1063%2F1.34636365/24/2018 Los Efectos y Potencia en El Deporte Rey
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&rofessional soccer goalies allo* at "ost only a fe* goals in a ga"e# Vree >ic>s and corner >ic>s though represent
relati'ely good scoring opportunities and so are particularly eCciting# $o"e fans "ay especially ad"ire the po*er
deli'ered by the er farther bac># E'entually it separates fro" the ball altogether and lea'es a co"pleC flo* pattern *ith s*irling
eddies in its *a>e# ,uch of the *onder"ent of soccer trajectories depends on *here the boundary layer separates#
&erhaps the "ost i"portant para"eter in fluid dyna"ics is the 5eynolds nu"berRe: VD/ *ith Vthe ballWs center=of=
"ass speed relati'e to the air andDthe ballWs dia"eter6 the >ine"atic 'iscosity is the ratio of airWs 'iscosity to its
density ;# )y applying
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+lic> to 'ie*
T,e rag crisis.n this plot of drag coefficient CD as a function of 5eynolds nu"ber Re the rapid drop in CD the
drag crisis indicates the transition fro" la"inar to turbulent air flo*# Bhe crisis is precipitated *hen the surface of the ball
is rough# Vor a soccer ballRe?10 7FV? "?s F V?1H "ph *here Vis the speed of the ball# n the t*o insets illu"inated
dust re'eals the separation of the boundary layer fro" a soccer ball "o'ing through air# Bhe left i"age corresponds to a
5eynolds nu"ber of 1#1 10 7and la"inar flo*# Vor the right i"ageRe: 2# 10 7and flo* is turbulent6 note that the
boundary=layer separation is farther bac> in that i"age# Bhe trajectory of a *ell=struc> free >ic> is al*ays in the turbulent
regi"e#
Vor soccer balls the drag crisis sets in *hen the speed is about 12 "?s co"parable to that of a "ediu"=range pass# 3 'an
&ersie free >ic> lea'es his shoe *ithReF 7 10 7and enters the goal *ithReF I 10 76 for the entire trajectory of the
ballReis abo'e the crisis 'alue# nitially the drag force on the ball is about 17K greater than the ballWs *eight# Vor a
"ajor=league fastballReF 2 10 7and the drag force is co"parable to the *eight of the ball# 3 golf ball launched at 0
"?s hasReF 2 10 7and eCperiences a drag force "ore than t*ice its *eight# Bhe co""on introductory physics
si"plification of ignoring air resistance is certainly not applicable to the study of sports projectiles#
3 banana >ic> *ith *hipped airGO TO SECTION...Vor an effecti'e free >ic> a soccer player li>e Gerrard *ants to gi'e the ball a large initial speed so that the goalie has
little ti"e to react# e also *ants to spin the ball so that it cur'es past the goalie# Bhose are co"peting needs Bhe large
translational speed re.uires a >ic> through the ballWs center but a large rotational speed necessitates an off=center >ic># 3
good Gerrard >ic> has an initial sidespin of so"e H00 rp"# )y co"parison a "ajor=league cur'eball spins at a rate of
about 2000 rp" and a golf ball lea'ing the tee "ight ha'e a bac>spin of 2700 rp" or "ore in part than>s to the golf
clubWs groo'ed and tilted face#
3 rotating ball *ith angular 'elocity M *hips air behind it# 3s the inset to figure2sho*s an i"portant feature of that
process is that the boundary layer separates farther bac> on the side of the ball that rotates in the direction opposite to the
center=of="ass 'elocity A# )ecause of that asy""etry the air eCerts a force on the ballYcalled the ,agnus force in
honor of einrich Gusta' ,agnusYin the direction of M A# 3 si"ilar pheno"enon occurs at sea *hen a boatWs rudder
http://scitation.aip.org/content/figure/aip/magazine/physicstoday/63/7/10.1063/1.3463636.f1http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f2http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f2http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f2http://scitation.aip.org/content/figure/aip/magazine/physicstoday/63/7/10.1063/1.3463636.f1http://scitation.aip.org/content/figure/aip/magazine/physicstoday/63/7/10.1063/1.3463636.f1http://scitation.aip.org/content/figure/aip/magazine/physicstoday/63/7/10.1063/1.3463636.f1http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636#f25/24/2018 Los Efectos y Potencia en El Deporte Rey
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deflects *ater asy""etrically behind a boat eCecuting a turn# Bhe ,agnus force acts in addition to the drag force# Qf
course the air eCerts only a single force on the ball6 ho* that force is split into co"ponents is up to the scientist#
+lic> to 'ie*
Gooooa!&Ohen a soccer player is a*arded a free >ic> the defenders asse"ble in a *all as indicated by the green
rectangle# Bhis plot sho*s t*o free=>ic> trajectories that clear the *all the red cur'e *hich corresponds to a ball *ithout
spin and the tougher=to=intercept blue cur'e representing a ball *ith sidespin# 3ll distances are in "eters# Bhe inset
courtesy of Nenneth Oright sho*s an o'erhead 'ie* of the ball *hich deflects the air to the right# Bhus in accord *ith
e free >ic># Bhe right=footed Gerrard stri>es the ball fro" a spot about 20 " fro" the goal# 3
*all of defenders shifted to*ard GerrardWs left hopes to be Zluc>y[ enough to be hit by the ball6 the goalie guards
GerrardWs right half of the goal# Gerrard ai"s to put the ball in the upper=left portion of the goal# 3n agile goalie can often
stop a ball >ic>ed *ith no spin but *ill ha'e a "uch tougher ti"e *ith GerrardWs spinning ball *hose banana=shaped
trajectory not only cur'es as sho*n in the figure but actually dips a bit# Bhe initial "agnitude of the ,agnus force on a
free >ic> is co"parable to the ballWs *eight# Li>e*ise a golf ball just dri'en fro" the tee eCperiences a ,agnus force
co"parable to its *eight# Vor a cur'eball the initial ,agnus force is relati'ely s"aller about a .uarter of the baseballWs
*eight#
Bo study the aerodyna"ics of sports balls researchers use *ind tunnels sophisticated co"putational fluid dyna"ics
progra"s and co"putation=based trajectory analysis# ,y colleagues and ha'e studied the I2=panel soccer ball *ith its
*ell=>no*n pentagons=and=heCagons pattern and the 3didas Bea"geist ball *ith its 18 ther"ally bonded panels that *as
used for the 200H Oorld +up# Qur tests failed to discern significant differences in CDo'er a *ide range ofRe but they do
suggest that the ,agnus force on the Bea"geist ball is slightly larger than on the I2=panel ball# Bhis yearWs Oorld +up is
using the 3didas Jabulani ball *hich has eight ther"ally bonded panels and groo'es on its surface# 3 great deal of rich
physics lies behind those spinning sports balls *hose trajectories *ill cause elation in one country and anguish in so
"any others#
3DDBQ
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2# J# Oesson The (cience o) (occer Q& )ristol (N 2002#
I# J# E# Goff ,# J# +arr Z$occer )all Lift +oefficients 'ia Brajectory 3nalysis[$ur. %. Phys.'( 7
2010#
8# J# E# Goff ,# J# +arr ZBrajectory 3nalysis of a $occer )all[A&. %. Phys.)) 1020 200R#
7# )# G# +oo> J# E# Goff Z&ara"eter $pace for $uccessful $occer Nic>s[$ur. %. Phys.*) SH7 200H#
)iographiesGO TO SECTION...+o,$ Eric Go--goffTlynchburg#edu is an associate professor of physics at Lynchburg +ollege in Lynchburg Airginia#U 2010 3"erican nstitute of &hysics
DOIhttp??dC#doi#org?10#10HI?1#I8HIHIH
COMMENTS
http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.363636
mailto:[email protected]:[email protected]://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636mailto:[email protected]://dx.doi.org/10.1063/1.3463636http://scitation.aip.org/content/aip/magazine/physicstoday/article/63/7/10.1063/1.3463636