Den nye VM-ballen har fått andre aerodynamiske egenskaper enn den forrige.
Den nye VM-ballen har fått andre aerodynamiske egenskaper enn den forrige. (Foto: Adidas)

VM - Telstar 18

Derfor flyr den nye VM-ballen kortere enn forgjengeren

Lykkes ikke helt med å videreføre egenskapene fra Brasil-ballen.

  • Fysikk

Den nye VM-ballen har mange av de aerodynamiske egenskapene til sin forgjenger. Men ved harde spark flyr den cirka 10 prosent kortere.

Det viser en undersøkelse som er gjort av tre forskere som har sammenlignet den nye ballen Telstar 18, med forgjengeren, Brazuca – som de samme forskerne for fire år siden sammenlignet med Jabulani-­ballen som ble benyttet ved VM i 2010.

John Eric Goff fra Lynchburg College i Virginia, USA, samt Sungchan Hong og Takeshi Asai fra universitetet i Tsukuba i Japan har testet Telstar 18 og Brazuca i en vindtunnel ved det japanske universitetet. Resultatene av dette er lagt fram i det vitenskapelige tidsskriftet Journal of Sports Engineering and Technology.

I det store og hele oppfører de to ballene seg på mange måter likt, med visse unntak, hvor den mest markante som nevnt er at den nye ballen flyr kortere.

Hvis vi ser bort fra den estetiske designen med farger og symboler, som ikke har noen betydning for ballens flukt, skyldes dette at selv om det er noen avgjørende forskjeller, trekker disse i hver sin retning når det gjelder ballens aerodynamiske oppførsel.

Artikkelen fortsetter etter grafikken

  Illustrasjon: Lasse Gorm Jensen, Ingeniøren

Lykkes ikke helt

Det ser ut til at designerne samlet sett har prøvd å gi Telstar 18 noenlunde samme egenskaper som Brazuca, med uten at de helt har lyktes med dette.

Det er en lang rekke parametere som er relevante for ballens aerodynamiske egenskaper, men skal man koke alle disse ned til én enkelt, så er den helt avgjørende av dem ballens såkalte kritiske hastighet – det vil si den hastigheten hvor luftstrømmen rundt ballen går fra å være laminær til å være turbulent.

Ved laminære strømninger er luftmotstanden stor, mens den ved turbulent strømning er liten.

Når ballen sparkes hardt, fyker den i begynnelsen av sted med en hastighet der luftstrømmen er turbulent. Hastigheten faller gradvis, og kommer på et tidspunkt til den kritiske hastigheten hvor strømningen går over til å bli laminær. Deretter bremses ballen enda raskere enn før, og ballen kan falle svært raskt og dermed lure keeperen.

Luftmotstanden

Hvis det ikke var noen luftmotstand, ville det vært ganske enkelt å beregne hvor en ball ville lande når den ble sendt av sted med en bestemt hastighet og i en bestemt vinkel i forhold til Jorden.

Luftmotstanden F_D (D for ‘drag’) gjør alt dette mer komplisert. Denne er for en ball, eller et annet flygende prosjektil, som følger:

FD=12CDρAv²

hvor CD er luftmotstandskoeffisienten, 𝜌 er luftens masse (1,2 kg/m³), A er ballens tverrsnitt (0,038 m² for en fotball), og v er hastigheten.

Telstar 18 i vindtunnel: John Eric Goff har en lagt ut en video av forsøkene i vindtunnelen på YouTube.

I svært enkle beregninger antar man ofte at CD er konstant, men i virkelighetens verden avhenger CD av en lang rekke faktorer som ‘prosjektilets’ hastighet og overflatekarakteristika.

Ved laminær strømning ved lave hastigheter kleber luften seg så å si til ballen, og derfor er CD høy – vanligvis omkring 0,5. Ved turbulente strømninger ved høye hastigheter slipper luften ballen lengre bakover, og CD er mindre – under 0,1 for helt glatte baller.

Den kritiske hastigheten er omvendt proporsjonal med ballens tverrsnitt, så små baller har en høyere kritisk hastighet enn store baller.

Men det helt avgjørende er likevel at man kan endre den kritiske hastigheten ved å endre ballens overflate. En fullstendig glatt ball har en høyere kritisk hastighet enn en ball med en ujevn overflate.

Hvis en golfball var helt glatt, ville den kritiske hastigheten vært 135 m/s (nesten 500 km/t), og siden den gjennomsnittlige mannlige amatøren ifølge den danske bedriften Trackman – som leverer måleutstyr til golfsporten – sender ballen av sted med en hastighet på 210 km/t med en driver, ville golfballen ikke fly særlig langt.

Dimples senker hastigheten

Derfor har golfballer 300–400 små fordypninger, eller dimples, som senker den kritiske hastigheten til ca. 17 m/s.

Fotballer er større enn golfballer, men er glattere, slik at de har en kritisk hastighet på omtrent samme verdi. Goff, Hong og Asai har satt den kritiske hastigheten til 15 m/s for både Telstar 18 og Brazuca.

Jabulani-ballen, som ble brukt under VM i 2010, hadde derimot en litt høyere kritisk hastighet, omkring 20 m/s, noe som gjorde at den oppførte seg markant annerledes og mer uberegnelig ved for eksempel hjørnespark og frispark.

De hardeste registrerte sparkene innen fotball ligger på over 40 m/s, mens mer typiske spark ligger litt lavere. En litt eldre undersøkelse fra forskere ved University of Bath i England viste forøvrig at den optimale hastigheten for et frispark fra en avstand på 18 meter var 25 m/s.

Under alle omstendigheter er fotball, i motsetning til golf, karakterisert ved at ballen en del av tiden i lufta opplever en lav luftmotstand, og en del av tiden høy luftmotstand, mens golfballer stort sett bare opplever den lave luftmotstanden. Det er avgjørende for måten som fotballen beveger seg på gjennom lufta.

Selv om målingene i vindtunnelen viser at Telstar 18 og Brazuca har samme kritiske hastighet, viser de også at Telstar 18 har en litt høyere CD enn Brazuca for hastigheter rett over den kritiske verdien.

Det innebærer at en Telstar 18 som sendes av sted med en hastighet på 30–35 m/s, vil fly omkring 10 prosent kortere enn en Brazuca.

Det er nok spesielt noe som målvakter må tenke på ved lange utspark, mener John Eric Goff. Men det vil også ha betydning for andre lange avleveringer.

Artikkelen fortsetter etter grafikken

  Illustrasjon: Lasse Gorm Jensen, Ingeniøren

Den uforutsigbare knuckleballen

Et spesielt interessant fenomen er den såkalte knuckleballen (‘knokeballen’), hvor ballen slingrer litt til den ene og den andre siden i lufta når den sendes av sted uten rotasjon eller spinn.

Det krever et veldig presist spark for å få til en knuckleball; noe som spesielt Cristiano Ronaldo er kjent for å beherske.

Effekten utnyttes også ved baseball. Den oppstår ved bruk av baller som ikke er perfekt symmetriske og skyldes en asymmetrisk separasjon av grenselaget rundt ballen.

Både Telstar 18 og Brazuca er bygd opp av seks paneler. Men de har den markante forskjellen at den totale lengden av sammenføyningene på Telstar 18 er 432 cm, mens den bare er 332 cm på Brazuca.

For å oppveie denne effekten er fordypningen av rillene og bredden deres mindre på Telstar 18. De er henholdsvis 1,1 mm og 3,3 mm mot 1,4 mm og 4,0 mm på Brazuca.

Totalt sett gir det noenlunde samme slingreegenskaper eller knuckleball-effekt for de to ballene, noe som innebærer at ballen, skutt fra en avstand av 20 meter, kan ende opp én meter til den ene eller den andre siden i forhold til den opprinnelige retningen.

Lionel Messi og Christian Eriksen bruker ikke knuckleball-effekten ved frispark. Messi foretrekker å gi ballen sidespinn, og Eriksen gir den toppspinn for å få den til å bevege seg på en måte som er overraskende for målvakta.

Spinn-egenskapene for Telstar 18 har forskerne ennå ikke undersøkt, men de lover at det vil komme en artikkel også om slike tester. Så vi kan foreløpig ikke gjøre annet enn å vente og se hvilke underverker den danske landslagsspilleren Christian Eriksen kan gjøre med Telstar 18.

Danmark spiller første kamp mot Peru 16. juni.

Artikkelen ble først publisert på Ing.dk

Kommentarer (1)

Kommentarer (1)