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» » » ¿Cómo se desvía un balón de fútbol?

Referencia: News.MIT.edu .
Peter Dizikes, 17 de junio 2014

Sucede cada cuatro años: El Mundial comienza y algunos de los jugadores más hábiles del mundo preparan cuidadosamente sus tiros libres, miran su objetivo, y disparan por arriba de la portería.

Jose-Luis Olivares / MIT
Los jugadores están tratando de curvar el balón hacia una esquina de la portería, a menudo a través de una pared de jugadores defensivos y fuera del alcance del portero. Sin embargo, cuando estas cosas salen mal en la Copa del Mundo, se establece un juego acerca de quién es la culpa. Todos los jugadores, aficionados y expertos sugieren que  la causa es el nuevo balón oficial del torneo, ese que se presenta cada cuatro años.

Aunque hay mucha gente que dicen que ya se están buscando excusas, sin embargo, los estudiosos piensan que las variaciones sutiles entre los balones de fútbol afectan a cómo vuelan. En concreto, los investigadores creen cada vez más que existe una variable que realmente diferencia a los balones de fútbol: sus superficies. Es más difícil controlar una pelota suave, como fue la muy discutida "Jabulani", utilizada en el Mundial de 2010. El nuevo balón, utilizado en el torneo de este año en Brasil, la "Brazuca", tiene costuras que de más del 50 por ciento más grandes, un factor que hace que a la pelota menos suave y aparentemente más predecible en vuelo.

"Los detalles del flujo de aire alrededor de la pelota son complicados y, en particular, dependen de la dureza de la pelota", dice John Bush, profesor de matemáticas aplicadas en el MIT y autor de un artículo publicado recientemente sobre la aerodinámica de los balones de fútbol. "Si el balón está perfectamente liso, se desvía por el camino equivocado."

Por "camino equivocado", Bush quiere decir que dos balones similares golpeados con precisión de la misma manera por el mismo jugador, puede en realidad curvarse en direcciones opuestas, dependiendo de la superficie de dichos balones, ¿suena sorprendente?

Magnus y Messi

La cuestión de cómo hace su curva la pelota en pleno vuelo parece tener una respuesta de libro: el Efecto Magnus. Este fenómeno fue descrito por primera vez por Isaac Newton, quien se dio cuenta de que en el tenis, el dar un efecto por arriba a la pelota hace que ésta se sumerja, mientras que el efecto de abajo aplana su trayectoria. El efecto de curva en el béisbol es otro ejemplo: Un pitcher lanza la pelota con efecto-arriba especialmente apretado, o de rotación lateral, y la pelota se curva en la dirección del efecto de giro.

En el fútbol, ocurre generalmente lo mismo con los tiros libres, los saques de esquina, los pases laterales largos, y otros tipos de pases o disparos: El jugador que golpea la pelota le aplica un giro durante el contacto, creando la rotación que produce la curva de desvío de la pelota. Para un jugador diestro, la técnica "natural" es darle hacia el exterior de la pelota, creando un lanzamiento o pase con curva de derecha a izquierda; el tiro "natural" de un jugador zurdo se curvará de izquierda a derecha.

Hasta aquí, todo intuitivo: Los aficionados al fútbol pueden probablemente evocar la imagen sus estrellas favoritas haciendo esto, como Lionel Messi, Andrea Pirlo, o Marta, una superestrella del fútbol femenino. Pero este tipo de tiro (los brasileños lo llaman el "chute de curva") depende un de la rugosidad de la superficie de la pelota. Sin eso, esta pieza clásica del arsenal técnico del jugador de fútbol se esfuma, tal como señala Bush en su artículo, "el bonito juego de la aerodinámica", publicado en "Sports Physics", de Les Editions de l'Ecole Polytechnique, en Francia.

"El hecho es que el Efecto Magnus puede cambiar de signo", dice Bush. "La gente por lo general no aprecia este hecho". Dada una pelota absolutamente lisa, la dirección de la curva puede revertirse: El mismo movimiento de golpeo del balón no producirá un lanzamiento o pase curvándose de derecha a izquierda, sino de izquierda a derecha.

En la animación de arriba, un jugador golpea dos balones: uno liso y el otro con una banda elástica alrededor de su ecuador. Ambos balones son golpeados con el empeine a fin de aplicar un giro en sentido antihorario. Sin embargo, el balón liso se inclina en la dirección opuesta del efecto. La presencia de la banda elástica cambia la capa límite en la superficie del balón de "laminar" a "turbulento." Esta es la razón de que todos los balones de fútbol deben tener cierta rugosidad en su superficie; de lo contrario, tenderán a curvarse en la dirección opuesta a la rotación inicial de la pelota. (Imagen cortesía de los investigadores)
¿Por qué pasa esto? Bush dice que se debe a que la forma de la superficie de la pelota crea un movimiento en la "capa límite" entre la pelota que gira y el aire. La pelota más rugosa, creará más fácilmente la versión de libro del efecto Magnus, con el signo "positivo", o sea, la curva de la pelota en la dirección esperada.

"La capa límite puede estar laminada, lo que significa que fluye sin problemas, o turbulenta, en cuyo caso produce remolinos", argumenta Bush. "La capa límite cambia de laminada a turbulenta en diferentes puntos de acuerdo con la velocidad de giro de la pelota. Esa transición surge cuando está influenciada por la rugosidad de la superficie, por la costura de la pelota. Si se cambia el patrón de los paneles, los puntos de transición se mueven, y cambia la distribución de la presión. "El efecto Magnus, entonces, pueden tener un "signo negativo".

Desde Brasil: El "paloma sin alas"

La reversión del efecto Magnus es una detección que en gran parte se ha eludido, por supuesto que se debe a la mayor o menor rugosidad de los balones de fútbol, pero esto es algo que se ha estado cambiando durante décadas. Mientras que otros deportes, como el béisbol y el cricket, tienen reglas estrictas acerca de las costuras de la pelota, en el fútbol no es así, y los avances en la tecnología han dado lugar en gran medida a unos balones más elegantes, de suaves diseños, por lo menos hasta la introducción de la Brazuca.

En realidad, hay un poco más en esta historia, sin embargo, ya que a veces los jugadores golpean las pelotas con el fin de darles muy poco efecto, el equivalente a la nudillera en el béisbol. En este caso, la pelota revolotea impredecible de lado a lado. Los brasileños tienen un nombre para esto: "pombo sem asa," o "paloma sin alas."

En este caso, dice Bush, "el peculiar movimiento de un revoloteo libre se debe a que los puntos de transición de la capa límite son diferentes en los lados opuestos de la pelota". Dado que la pelota no tiene giro inicial, el movimiento del aire circundante afecta más al vuelo de la pelota: "una pelota a nudillos [sin efecto] ... se mueve en respuesta a la distribución de la presión, la cual está en constante cambio", de hecho, un tiro libre que jugó Pirlo en el partido de Italia contra Inglaterra el sábado, pudo engañar al portero, pero pegó en el larguero, demostrando este tipo de acción.

El propio interés de Bush en el tema surge de ser jugador de fútbol de toda la vida y, sentado en su oficina, ha repasado los clips de los mejores lanzadores de tiro libre. Entre ellos, los de Juninho Pernambucano, un centrocampista brasileño que jugó en el Mundial de 2006, y el de Sinisa Mihajlovic, un defensor serbio de la década de 1990.

Otro tiro libre del lateral brasileño Roberto Carlos, de un partido en 1997 contra Francia, donde el jugador utilizó la parte exterior de su pie izquierdo y desplegó el Efecto Magnus "positivo", lo que registró un tiro libre de una increíble curva.

"Ese fue, con mucho, el mejor tiro libre que se haya registrado", dice Bush. Y añadió: "Creo que es importante animar a la gente para tratar de entender estas cosas. Incluso en las cosas más comunes, hay una física sutil e interesante."


- image: Jose-Luis Olivares / MIT
- imagen: En la animación de arriba, un jugador golpea dos balones: uno liso y el otro con una banda elástica alrededor de su ecuador. Ambos balones son golpeados con el empeine a fin de aplicar un giro en sentido antihorario. Sin embargo, el balón liso se inclina en la dirección opuesta del efecto. La presencia de la banda elástica cambia la capa límite en la superficie del balón de "laminar" a "turbulento." Esta es la razón de que todos los balones de fútbol deben tener cierta rugosidad en su superficie; de lo contrario, tenderán a curvarse en la dirección opuesta a la rotación inicial de la pelota. (Imagen cortesía de los investigadores)
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