Futbolcular özellikle serbest vuruşlarda rakip takımın savunma oyuncularının oluşturduğu barajı ve kaleciyi aşıp topu kalenin üst köşesine göndererek gol atmak için topa havada yön değiştirecek şekilde vurmaya çalışır. Bunun bir örneğini aşağıdaki görselde görüyorsunuz.
İlk etapta bu bize sadece futbolcunun yeteneği gibi gelse de işi arka planında bazı fizik kuralları işlemektedir. Futbolcular da vuruşlarını bu kuralı aktive edecek biçimde yaparlar. Belki de adını bilmeden uyguladıkları bu kuralın adı ise yazımızın da konusu olan Magnus etkisidir.
Magnus etkisinin spordaki en etkileyici gösterilerinden biri, 3 Haziran 1997’de Roberto Carlos’un 35 metrelik serbest vuruşudur. Türbülans ve Magnus etkisinin birleşimi, Fransa kalecisi Barthez’in topu tutmasını neredeyse imkansız hale getirmişti.
Peki havada uçarken topu yolundan saptıran şey nedir? Aslında bu konu hakkında ilk açıklama Sir Issac Newton tarafından 1671 civarında gözlemlenmişti. İlerleyen süreçte Benjamin Robins, dönen top mermilerinin neden kimi zamanlarda rotasından çıktığını anlamaya çalışırken de aynı etki ile yüzyüze geldi. Ancak olgu adını 1852’de olayı tanımlayan Dr. Heinrich Magnus’tan alacaktı.
Etkiye dair ilk teorik açıklama ise, kaldırma kuvvetinin dönme ve öteleme hızlarının çarpımına orantılı olduğunu öngören Lord Rayleigh tarafından sunulmuştur. Bu bilginin devamında şimdi bu sürecin nasıl işlediğini anlamaya geçebiliriz.
Magnus Etkisi Nasıl Gerçekleşir?
Uçuş halindeki bir top üç önemli kuvvete maruz kalır. Bunlar yerçekimi (topun ağırlığı); yüzeyi boyunca akan havanın neden olduğu aerodinamik sürtünme; ve yalnızca top döndüğünde deneyimlenen özel bir kuvvettir.
Top hem dönerken hem de ileriye doğru hareket ederken mevcut olan bu üçüncü kuvvet, günümüzde, dönen silindirlerin üzerinden akan havayı inceleyen Alman fizikçi Heinrich Magnus’un keşfinden sonra Magnus kuvveti olarak adlandırılmaktadır.
Top dönerken etrafında ona yapışık olarak sürüklenen ince bir hava tabakası da bulunur. Ancak topun üstünde ve altında hava akımlarının hızları aynı değildir. Havanın daha hızlı hareket ettiği kısımda basınç düşükken, yavaş hareket ettiği kısımda basınç yüksektir. Bu basınç farkı nedeniyle topun üzerine etki eden kuvvetler dengeli değildir. Sonucunda da basıncın az olduğu tarafa doğru bir kuvvet ortaya çıkar. İşte bu kuvvet Magnus kuvvetidir.
Kuvvetler (ağırlık, hava direnci ve Magnus kuvveti) arasındaki ilişkiye bağlı olarak, topun yörüngesi değişecektir. Bir top fırlatıldıktan sonra hava direnci ve Magnus etkisi ile karşılaşmazsa yörüngesi parabol olacaktır. Topa bir dönüş kazandırıldığında da yörünge spiral biçiminde olur. Ayrıca dönme yönü topun üzerine etki eden Magnus kuvvetinin yönünü belirler. Bu nedenle farklı biçimlerde topa vurarak topu yönlendirmek mümkündür.
Ters dönüş (backspin) uygulandığı zaman, top çabuk yükselir. Yan dönüş (sidespin), uygulandığı zaman topu kalecinin ulaşamayacağı noktaya göndermek mümkündür. Ancak, top kaleyi aşabilir. Üstten dönüşte (topspin) ise, futbolcu topa ilk vuruşu yaparak topun önce yükselmesini sağlar ve top barajı geçer, daha sonra da Magnus etkisi ile top alçalarak kaleye ulaşır. Sonuç muhtemel gol olacaktır.
Magnus Etkisi Sadece Futbolda Karşımıza Çıkmaz
Elbette Magnus etkisi sadece futbol oyununda karşımıza çıkmaz. Aynı ilke, bir golf topunun normalden daha uzağa gitmesi için de kullanılır. Bu kez, dönüş ekseni yatay ve topun hareketine diktir. Vuruş esnasında topun alt kısmı uçuş yönünde dönecek şekilde topu döndürülür. Bu, hava akış hızını azaltır ve Bernoulli etkisiyle topun altındaki basıncı artırır, bu da topun üzerinde yerçekimine karşı koyan yukarı doğru bir kuvvet oluşturur.
Sporcular başarılı vuruşlarını yaparken bu fiziksel bilgileri mi kullanırlar, yoksa biraz da şansları mı yaver gider bilemeyiz. Ancak çok çalışma ile imkansızı başarmak mümkün gibi gözüküyor. Ayrıca spor ve fizik ile ilgili bir başka yazımıza daha göz atmanızı öneririz: Dick Fosbury: Fizik Sayesinde Dünya Rekoru Kıran Efsane Sporcu
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Football: aerodynamics of the perfect free kick; Yayınlanma tarihi: 28 Haziran 2016; Kaynak site: Conversation. Bağlantı: https://theconversation.com/football-aerodynamics-of-the-perfect-free-kick-61700
- Britannica, The Editors of Encyclopaedia. “Magnus effect”. Encyclopedia Britannica, 12 Mar. 2024, https://www.britannica.com/science/Magnus-effect. Accessed 19 June 2024.
- What Is The Magnus Effect?; Yayınlanma tarihi: 19 Ekim 2023. Kaynak site: Science ABC. Bağlantı: What Is The Magnus Effect?
- The physics of football; yayınlanma tarihi: 1 Haziran 1998; Bağlantı: https://physicsworld.com/a/the-physics-of-football/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
