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. Futbolcularda vuruşlarını bu kuralı aktive edecek biçimde yaparlar. Belki de adını bilmeden uyguladıkları bu kuralın adı ise yazımızın da konusu olan Magnus etkisidir.
Görselde de gördüğünüz gibi, topu yalnızca barajın üzerinden geçirmek, çok da büyük marifet değil. Topun kalecinin ulaşamayacağı köşeye hızla ulaşması için belli bir dönüş yapması gerekiyor. Bunu da serbest vuruşu kullanmakta olan sporcunun, topa kazandırması gerekmektedir.
Sonuçta bir topa herhangi bir dönüş hareketi verdirmeden direk vurursanız top bir parabolün izini sürecek biçimde hareket eder. Ama topa biraz dönüş yaptırırsanız hareketinin matematiği üç boyutlu hale gelir. Yetenekli sporculara özgü bu vuruşun gerçekleşmesini sağlayan ise topun dönmesi ve üzerine etki eden aerodinamik kuvvetlerdir.
Peki havada uçarken topu sola veya sağa iten şey nedir? Bu, Magnus etkisi olarak adlandırılan ve 1852’de dönüşün bir top üzerindeki etkisini ilk açıklayan Alman matematikçi Heinrich Magnus’un adını taşıyan bir kuvvettir.
Magnus Etkisi Nasıl Gerçekleşir?
Havadaki seyahati sırasında, top üzerinde üç önemli kuvvet vardır: yer çekimi (topun ağırlığı), yüzeyi boyunca akan havadan kaynaklı aerodinamik sürüklenme ve topun yalnızca dönerken kazandığı özel bir kuvvet. İşte bu özel kuvvette de ‘Magnus kuvveti’ denir.
Top havada hareket ederken aynı zamanda kendi etrafında da dönüyorsa topun çevresinde hareket eden havada, dönen topla birlikte sürüklenecektir. Bu nedenle hava, topun bir tarafında diğer tarafına göre daha hızlı hareket eder.
Havanın topun etrafında farklı hızlarda hareket etmesi basınç farkına yol açar. Havanın daha hızlı hareket ettiği kısımda basınç düşükken, yavaş hareket ettiği kısımda basınç yüksektir. Bunun sonucunda, etrafındaki basınç farkı nedeniyle topun üzerine etki eden kuvvetler dengeli değildir. Sonucunda da basıncın az olduğu tarafa doğru net bir kuvvet ortaya çıkar. İşte bu kuvvet Magnus kuvvetidir.
Dönme yönü topun üzerine etki eden Magnus kuvvetinin yönünü belirler. Bu nedenle farklı biçimlerde topa vurarak topu yönlendirmek mümkündür. Şimdi de aşağıdaki görseli inceleyelim.
Ters dönüş (backspin) uygulandığı zaman, top oldukça çabuk yükselir. Bu tip vuruşlarda fazla etkili değildir. Yan dönüş (sidespin), uygulandığı zaman topu Magnus etkisi kalecinin ulaşamayacağı noktaya göndermek mümkündür. Ancak, top barajı geçtikten sonra alçalıp kaleye ulaşmalıdır. Oysa ki topun bu esnada alçalması için bir neden yoktur. Bunun sonucunda da top kaleyi aşabilir.
Üstten dönüş (topspin) ise, özel bir vuruş tekniğini gerektirir. Futbolcu topa ilk vuruşu yaparak topun önce yükselmesini sağlar ve top barajı geçer, daha sonra da Magnus etkisi ile top alçalarak kaleye ulaşır. Sonuç: kaleci kurtaramazsa, kesin 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. Öğrenmek güzeldir, bilgi ile kalın. 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; Bağlantı: https://theconversation.com/
- Marcus du Sautoy ; The Number Mysteries: A Mathematical Odyssey through Everyday Life
- What Is The Magnus Effect?; yayınlanma tarihi: Bağlantı: https://www.scienceabc.com/
- 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 veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
