Các quy luật vật lý thú vị đằng sau những cú sút trái bóng tròn

Phân tích các quy luật vật lý thú vị đằng sau những cú sút bóng


Thiện Tâm •Thứ năm, 28/06/2018


Chia sẻ FBChia sẻ TwitterBình luậnBóng đá chính là môn thể thao đòi hỏi tốc độ, sức mạnh, sức bền , và chiến lược, Tuy nhiên hẳn là việc kiểm soát trái bóng tốt cũng đòi hỏi sự am tường về vật lý. Bài viết này cũng sẽ phân tích các quy luật vật lý đã được phản ánh như thế nào trong bóng đá. Một số việc có vẻ rất nhiều tầm thường, nhưng những logic vật lý của chúng lại rất nhiều thú vị.(ảnh: Shutterstock)


Sơ lược về các định luật chuyển động của Newton


Theo định luật 1 của Newton, nếu chưa có lực nào ảnh hưởng vào một trái bóng, nó sẽ tiếp tục chuyển động với cùng vận tốc , hướng như cũ. Khi chúng ta đặt trái bóng ở trên cỏ, nó cũng sẽ nằm yên ở đó (chuyển động chỉ bằng không) vì không có lực nào tác động. Tuy nhiên, sau khi chúng ta đá bóng, nó cũng sẽ tiếp tục di chuyển theo hướng ta đá nó. Tốc độ của nó cũng sẽ giảm dần do ma sát, Tuy nhiên hướng chuyển động sẽ vẫn như cũ.Theo định luật 2 của Newton, một lực tác động lên một vật thể sẽ thay đổi gia tốc của vật thể đó – tức tỷ lệ thay đổi tốc độ của vật thể. Khi chúng ta đá vào trái bóng, lực tác động lên bóng cũng sẽ tạo ra gia tốc đến từ vận tốc chỉ bằng 0 đến hàng chục km/h. Khi bóng rời khỏi chân, nó bắt đầu giảm tốc (gia tốc âm) vì lực ma sát đã được sinh ra đang cố gắng chống lại chuyển động của nó. Nếu mọi người đá vào một trái bóng trong không gian vũ trụ, ở đó chưa có lực ma sát, nó có thể tăng tốc trong thời gian của cú đá, , và sau đó tiếp tục chuyển động ở vận tốc chưa đổi theo hướng ta đã sút bóng cho đến khi nó chạm phải các vật thể khác hoặc một lực khác ảnh hưởng lên nó.


Khác biệt giữa cú sút chỉ bằng má bàn chân , và chỉ bằng mũi bàn chân


Hai điều cũng sẽ xuất hiện khi chúng ta đá trái bóng bằng má trong. Thứ nhất, động năng lên trái bóng chính là khá hạn chế, điều này khiến cho bóng chưa đi được xa. Thứ hai, mọi người điều khiển trái bóng với cả bản chân, vì thế trái bóng cũng sẽ đi đúng quỹ đạo mà cầu thủ đã nhắm tới. Khi cầu thủ sút bóng chỉ bằng mũi bàn chân, bóng cũng sẽ đi mạnh hơn Tuy nhiên sẽ kém chính xác hơn. Vấn đề xảy ra với cú sút bóng bằng mũi bàn chân, đó chính là cầu thủ cung ứng cho trái bóng một lực rất nhiều mạnh ở diện tích tiếp xúc nhỏ – đó chính là đầu các ngón chân. Thêm nữa, nếu bạn đá bóng trên bãi biển bằng chân trần, bạn cũng sẽ bị đau khi chạm bóng chỉ bằng mũi bàn chân do lực ảnh hưởng bị tập trung vào một điểm nhỏ. Ngược lại, lực ảnh hưởng vào trái bóng trong cú sút chỉ bằng má bàn chân đã được phân bổ ở trên diện tích rộng hơn khiến cho người sút bóng chưa bị đau.>> Cú ngả người bắt vô lê của Cristiano Ronaldo là một kỳ tích vật lý


Nhắm vào đâu ở trên trái bóng khi sút bằng mũi bàn chân?


Khi sút bóng bằng mũi bàn chân, nếu điểm va chạm nằm ở chính giữa trái bóng, nó sẽ đi theo quỹ đạo thẳng , mạnh, , bóng sẽ lăn ở trên sân cỏ cho đến khi lực ma sát khiến nó dừng lại. Ngược lại, nếu điểm chạm không ở tâm trái bóng, nó cũng sẽ tự quay quanh trục, tùy vào điểm tác động. Va chạm ở phía trên trái bóng sẽ khiến bóng quay tròn về phía trước, Chạm ở phía đáy của bóng cũng sẽ biến nó về phía sau. Tuy vậy, trong cả 2 trường hợp, sau một khoảng thời gian ngắn, lực ma sát gây ra với trái bóng bởi mặt cỏ sẽ khiến cho bóng quay tròn về phía trước. Điều thú vị hơn là khi cầu thủ sút bóng ở bên cạnh trái bóng, trái bóng bắt đầu quay tròn trong không trung tùy thuộc vào điểm sút bóng. Khi điểm chạm bóng là phía ngoài bóng , và xuống thấp một chút gần đáy trái bóng, điều tuyệt vời sẽ xuất hiện: trái bóng sẽ bay lên chưa trung trong khi tự quay quanh trục của nó. Lúc đầu, bóng cũng sẽ bay chính xác theo hướng sút bóng, , nó sẽ chậm dần do lực ma sát của chưa khí, chuyển động quay của bóng sẽ khiến không khí ở một bên của bóng chuyển động nhanh hơn bên còn lại, vì thế sau đó bóng sẽ chuyển hướng sang trái hoặc phải, tùy thuộc vào điểm tác động của lực vào trái bóng. Điều này được gọi chính là hiệu ứng Magnus, tên thường được gọi hơn là cú sút “hình quả chuối.”Cú sút phạt hình quả chuối nổi tiếng của Roberto Carlos – đội tuyển Brazil:Một ví dụ khác trong một trận đấu, trái bóng đã được sút ở phía điểm phạt góc, ở một góc 1800 với khung thành, Tuy nhiên bóng vẫn bay vào lưới. Trong trường hợp này, giống như phía trên, cầu thủ chạm bóng rất mạnh, với sự tự quay tròn, trái bóng đã đổi hướng gần như hoàn toàn thành quỹ đạo hình trái chuối vào bay vào khung thành.


Liệu cú sút hình trái chuối đủ mạnh có khiến trái bóng bay ngược trở lại?


Rất tiếc chính là không. Không kể chính là cú sút mạnh ra sao và chính xác thế nào, vì trái bóng bay trong không khí , và ma sát của chưa khí cũng sẽ thực hiện cho nó bay chậm lại, khiến cho bán kính quay của trái bóng trở lên nhỏ dần. Trái bóng về lý thuyết có bay thành hình tròn nhỏ hơn dần, Tuy nhiên để có thể thực hiện như thế, nó cần phải tự quay cực nhanh xung quanh trục, nhanh hơn rất nhiều nhiều so với trường hợp cầu thủ có thể gây nên bằng cú sút của mình.


Vì sao các cầu thủ sút bóng bổng để ghi bàn trong trường hợp cách xa khung thành?


Theo định luật 2 Newton, một lực ảnh hưởng vào vật thể sẽ khiến cho nó tăng tốc. Khi lực ảnh hưởng chưa còn , có 1 lực theo hướng ngược lại, cũng sẽ khiến cho đối tượng giảm tốc. Khi một cầu thủ sút bóng, anh ta ảnh hưởng một lực vào trái bóng khiến nó tăng tốc thành tốc độ cao. Tại thời điểm bóng rời khỏi chân cầu thủ, nó cũng sẽ dừng tăng tốc, , đến từ thời điểm đó trở đi, chỉ có 2 lực tác động vào nó: lực ma sát của chưa khí khiến bóng đi chậm lại và trọng lực kéo bóng rơi xuống. Khi bóng đang bay, nó bay chậm dần , rơi xuống thấp dần, để khiến cho trái bóng có thể bay gọn vào khung thành thay vì rơi xuống quá sớm, nó cần đã được sút đủ cao. Do đó lần sau khi bạn thấy một cầu thủ sút bóng từ nửa sân vào lưới, một hiện tượng vật lý rất nhiều phức tạp được thực hiện.


Nếu bạn muốn sút bóng đang bay chuyền cho đồng đội, bạn cần nhắm hướng như thế nào?


Khi một cầu thủ B nhận đường chuyền từ đồng đội A, điều gì xảy ra nếu anh ta sút trái bóng đang bay thẳng về phía cầu thủ C mà không làm bóng dừng lại? Hướng của trái bóng cũng sẽ tạo thành do 2 vectơ lực, đến từ cú sút của A , B, theo sơ đồ sau (mũi tên đậm: hướng đá; mũi tên gạch: hướng bóng di chuyển):Một lựa chọn khác đơn giản hơn, đó là dừng trái bóng lại rồi tiếp tục sút đi.


Sự khác biệt giữa việc phá bóng , và bắt bóng ở cầu môn


Năng lượng có thể tạo thành công hoặc lực, gây nên chuyển động hoặc sinh nhiệt… Năng lượng không bao giờ mất đi, mà chuyển đến từ đối tượng này sang đối tượng khác, , và đến từ dạng này sang dạng khác (từ động năng sang nhiệt năng…) Khi một trái bóng bay đến thủ môn với tốc độ cao, anh ta có 2 lựa chọn: bắt bóng bằng 2 tay hoặc phá bóng ra.Trái bóng bay tới khung thành với một động năng rất nhiều lớn. Theo định luật bảo toàn năng lượng, năng lượng không thể bị mất đi, mà cần chuyển hóa từ đối tượng này sang đối tượng khác, từ dạng này sang dạng khác. Vì năng lượng của trái bóng là cao, phá bóng bằng tay có thể gây chấn thương cho thủ môn vì năng lượng của trái bóng bị hấp thụ hoàn toàn vào lòng bàn tay của thủ môn (một diện tích nhỏ), , và một phần năng lượng phản xạ vào trái bóng khi nó được đẩy sang hướng khác. Vì thế, rất nhiều nhiều thủ môn chọn cách phá bóng thay vì bắt bóng vì nó khiến anh ta đỡ phải chịu lực lớn. Ngược lại, khi thủ môn bắt bóng, anh ta dừng trái bóng trong tay , và hấp thụ năng lượng của trái bóng, với cú sút đủ mạnh, anh ta sẽ bị đẩy lùi về phía sau. Vì vậy, thủ môn thường nằm đè lên bóng hoặc xoay tròn với trái bóng – điều này cũng sẽ khiến anh ta kiểm soát tốt năng lượng lớn đi cùng trái bóng, ngăn cản bóng đi vào khung thành.


Vì sao cầu thủ đi giày đinh?


Khác với các môn thể thao khác, bóng đá đã được chơi ở trên sân cỏ. Cỏ có bề mặt rất trơn, Tuy nhiên nó cũng gây nên rất nhiều ma sát với trái bóng. Khi bóng lăn ở trên cỏ, cỏ chà xát trái bóng , và khiến nó chậm lại. Tuy nhiên, các cầu thủ bị tác động khá ít bởi mặt cỏ, thậm chí là hoàn toàn ngược lại: họ có thể bị trượt ở trên mặt cỏ. Những chiếc đinh ở trên giày giữ cầu thủ đứng ở trên mặt cỏ , giữ họ chưa bị trượt đi. Nhưng đó không phải chính là vai trò duy nhất của đôi giày đinh. Nhờ những chiếc đinh đứng trên mặt sân cỏ thay vì cả bàn chân dẫm lên mặt cỏ, các cầu thủ có thể chạy nhanh hơn. Điều này giống như những chú báo săn, với bộ vuốt cắm trên mặt đất, khi chúng chạy, hoàn toàn chạy ở trên bộ vuốt của mình. Điều này giảm đi ma sát giữa báo săn với mặt đất, giúp cho chúng chạy nhanh hơn để săn mồi.Cuối cùng, theo định luật thứ 3 của Newton, bất kể lực ảnh hưởng nào cũng tạo một phản lực có hướng ngược lại , độ lớn tương đương. Những đôi giày đinh cũng giúp cho hấp thụ các phản lực đến từ các trái bóng khi các cầu thủ sút bóng, khiến cho họ chưa bị đau khi sút.Tiến sỹ Erez GartyViện điều tra Khoa học Giáo dục Davidson Thiện Tâm biên dịch


bóng đávật lýWorld Cup 2018


2018-06-28