ตามที่นักฟิสิกส์การกีฬาระบุ เช่นเดียวกับฟุตบอลโลกทุกครั้ง ที่ฟุตบอลโลก 2022 ที่กาตาร์ ผู้เล่นจะใช้ลูกบอลใหม่ สิ่งสุดท้ายที่คู่แข่งต้องการคืออุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดในทัวร์นาเมนต์ที่สำคัญที่สุดในกีฬาที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในโลก
ซึ่งจะมีพฤติกรรมที่คาดไม่ถึง ดังนั้นจึงต้องทำงานอย่างหนักเพื่อให้แน่ใจว่าลูกบอลฟุตบอลโลกลูกใหม่ทุกลูกจะรู้สึกคุ้นเคย
สำหรับผู้เล่น ฉันเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยลินช์เบิร์กซึ่งศึกษาฟิสิกส์ของการกีฬา แม้จะมีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการทุจริตและปัญหาด้านสิทธิมนุษยชนเกี่ยวกับการแข่งขันฟุตบอลโลกในปีนี้
แต่วิทยาศาสตร์และทักษะของฟุตบอลก็ยังคงมีความสวยงาม ในส่วนหนึ่งของการวิจัยของฉัน ทุก ๆ สี่ปี ฉันจะวิเคราะห์บอลฟุตบอลโลกใหม่ เพื่อดูว่าอะไรเป็นปัจจัยหลักในการสร้างเกมที่สวยงามที่สุดในโลก
ฟิสิกส์ของการลาก ระหว่างการยิงประตู ฟรีคิก และการจ่ายบอลยาว ช่วงเวลาสำคัญของเกมฟุตบอลมักเกิดขึ้นเมื่อลูกบอลลอยอยู่ในอากาศ ดังนั้นลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของลูกฟุตบอลก็คือการเคลื่อนที่ในอากาศ ลูกบอลบนพื้นสีเทาที่มีฝุ่นแสดงอากาศที่ไหลออกมาจากด้านบนและด้านล่างของลูกบอล ที่ความเร็วต่ำ
ฟุตบอลโลก ลูกบอล Al Rihla อากาศจะจับเฉพาะพื้นผิวครึ่งหน้าของลูกฟุตบอลก่อนที่จะหลุดลอกออกในลักษณะที่เป็นระเบียบที่เรียกว่าการไหลแบบลามินาร์ (laminar flow)
ดังที่เห็นในภาพถ่ายอุโมงค์ลมนี้ จอห์น เอริค กอฟฟ์, CC BY-ND ขณะที่ลูกบอลเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ชั้นบาง ๆ ของอากาศนิ่งส่วนใหญ่เรียกว่าชั้นขอบเขตจะล้อมรอบบางส่วนของลูกบอล ที่ความเร็วต่ำ ชั้นกั้นนี้จะปกคลุมเฉพาะส่วนหน้าของลูกกอล์ฟก่อนที่อากาศที่ไหลจะหลุดออกจากพื้นผิว ในกรณีนี้ การปลุกของอากาศด้านหลังลูกบอลค่อนข้างสม่ำเสมอและเรียกว่าการไหลแบบราบเรียบ
ลูกบอลในอุโมงค์ลมที่มีการไหลของอากาศเกือบรอบลูกบอล ด้วยความเร็วสูง อากาศที่ไหลผ่านลูกฟุตบอลจะเกือบจะเคลื่อนที่ไปทางด้านหลังของลูกบอลก่อนที่จะแยกตัวออกเป็นการหมุนวนที่วุ่นวายซึ่งเรียกว่าการไหลแบบปั่นป่วน จอห์น เอริค กอฟฟ์, CC BY-ND
เมื่อลูกบอลเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว ชั้นขอบเขตจะโอบรอบลูกบอลมากขึ้น เมื่อการไหลของอากาศแยกตัวออกจากพื้นผิวของลูกบอลในที่สุด มันจะแยกตัวออกเป็นชุดของการหมุนวนที่วุ่นวาย กระบวนการนี้เรียกว่าการไหลแบบปั่นป่วน
เมื่อคำนวณแรงที่อากาศเคลื่อนที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ซึ่งเรียกว่าการลาก นักฟิสิกส์ใช้คำที่เรียกว่าสัมประสิทธิ์การลาก สำหรับความเร็วที่กำหนด ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การลากสูงเท่าใด วัตถุก็จะยิ่งรู้สึกถึงการลากมากขึ้นเท่านั้น
ปรากฎว่าค่าสัมประสิทธิ์การลากของลูกฟุตบอลมีค่ามากกว่าการไหลแบบราบเรียบประมาณ 2.5 เท่าเมื่อเทียบกับการไหลแบบปั่นป่วน
แม้ว่าอาจดูขัดกับสัญชาตญาณ แต่การทำให้พื้นผิวของลูกบอลหยาบจะชะลอการแยกชั้นของขอบเขตและทำให้ลูกบอลอยู่ในกระแสที่ปั่นป่วนได้นานขึ้น ข้อเท็จจริงทางฟิสิกส์ที่ว่า ลูกที่หยาบกว่าให้ความรู้สึกต้านแรงต้านน้อยกว่า คือเหตุผลที่ลูกกอล์ฟที่มีรอยบุ๋มจะลอยได้ไกลกว่าที่ควรจะเป็นหากลูกมีความเรียบ
เมื่อพูดถึงการสร้างลูกฟุตบอลที่ดี ความเร็วที่การไหลของอากาศเปลี่ยนจากแบบปั่นป่วนเป็นแบบราบเรียบนั้นเป็นสิ่งสำคัญ นี่เป็นเพราะเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงนั้น ลูกบอลจะเริ่มช้าลงอย่างมาก หากการไหลแบบราบเรียบเริ่มต้นด้วยความเร็วสูงเกินไป ลูกบอลจะเริ่มช้าลงเร็วกว่าลูกบอลที่คงการไหลแบบปั่นป่วนไว้นานกว่ามาก
สนับสนุนโดย เครื่องช่วยฟังแบบชาร์จ
