Ecco come tirare un colpo di testa, pallonetto e calcio di punizione perfetti grazie alla fisica

Avreste mai pensato che calci di rigore, colpi di testa e punizioni ad effetto rispondono a rigorose leggi della fisica ? Chi desidera diventare un grande calciatore, quindi, è tenuto non soltanto ad allenarsi nel rettangolo verde, ma a rispolverare anche i volumi di fisica del liceo…

 

Il calcio e la fisica

Il pallone non è altro che un guscio vuoto, pieno d’aria e, soprattutto, non è aerodinamico, ragione per cui la sua traiettoria è del tutto imprevedibile. Inoltre, più questo è liscio e perfetto, più diventa ingovernabile per coloro che lo calciano.

Il suo movimento varia in continuazione : il pallone infatti può traslare (con l’aria che passa sopra e sotto di esso), ma anche ruotare su se stesso (circa 5 volte al secondo, con l’aria che crea dei vortici di pressione che determinano la sua direzione).

Quando viene calciato, quindi, il pallone è soggetto a due forze: quella di gravità, che lo spinge verso il basso, e la resistenza dell’aria, che agisce in direzione opposta al lancio, frenando la sua corsa.

Ebbene sì! Per giocare a calcio bisogna essere anche un po’ scienziati. Vediamo ora in che modo !

 

IL COLPO DI TESTA

 

Immagine dello straordinario colpo di testa di Cristiano Ronaldo contro la Sampdoria

 

Per descrivere questo genere di tiro, che in generale rappresenta il 10% dei tiri totali di una partita, si ricorre alla teoria degli urti, che spiega che cosa accade quando due corpi entrano in collisione.

Due sono gli aspetti di cui bisogna tenere conto: la massa dei corpi che si scontrano e la loro velocità.

Nel caso del colpo di testa, le due masse sono il pallone e il corpo del giocatore, mentre la velocità deriva dal movimento di entrambe. Un po’ come nel caso di un incidente stradale: maggiore è la velocità delle due vetture, maggiori sono i danni subiti dalle auto coinvolte in termini di deformazione della struttura.

Se il giocatore è fermo quando colpisce il pallone, la velocità di respinta è pari a quella che aveva prima dell’urto, mentre se è in movimento le cose cambiano decisamente.

Per dare maggiore potenza al pallone, il calciatore deve colpirlo in elevazione (ovvero saltando), cioè nel momento in cui la velocità del suo corpo è massima. Non appena viene raggiunto il punto più alto di elevazione, infatti, la forza di gravità comincia ad agire, riportando il corpo verso terra.

Così la sua velocità diminuisce e di conseguenza il giocatore riesce a imprimere minore potenza al suo tiro. Allora, per ottenere la massima spinta, bisogna mantenere la maggiore rigidità possibile tra testa, collo e tronco, in modo che non sia solo il capo a spingere, ma l’intero corpo del calciatore.

Così il pallone viene rilanciato a velocità doppia rispetto a quella di arrivo, pari a circa 30 metri al secondo !

 

 

IL PALLONETTO

 

Lionel Messi in azione con uno dei suoi pallonetti

 

Il pallonetto rappresenta un piccolo miracolo della fisica in cui il pallone traccia una parabola esatta. Il giocatore imprime una forza per un lasso di tempo molto piccolo, che spinge la sfera in diagonale. Al termine dell’impulso fornito dal calcio, la palla assume una velocità data. Sappiamo bene che la velocità è un vettore ed è quindi dotata di una direzione e di un verso.

La velocità di lancio della palla è quindi riscrivibile in due componenti, una verticale e l’altra orizzontale, che chiamiamo per comodità v1 e v2 :

v = (v1, v2)

Dal momento del lancio in poi interviene però la forza di gravità, diretta verso il basso ad imprimere una accelerazione negativa, pari alla costante di gravità g = 9,81 m/s^2.

Con il passare del tempo, il vettore velocità viene modificato dall’accelerazione impressa dalla forza di gravità ed, al tempo t, diventa :

v = (v1, v2 – gt)

Tornando al pallonetto, la palla si è avvicinata alla porta a velocità costante e si è alzata lentamente fino ad arrestarsi a mezz’aria, pur continuando ad avanzare, per poi invertire il moto verso il basso, sempre continuando a dirigersi verso la porta. La componente orizzontale v1 è quella che ha provocato l’avanzare verso la porta, percorrendo uno spazio pari alla velocità per il tempo.

La componente verticale della velocità va invece decrescendo da v2 a 0, dopo un certo tempo to:

t0 = v2/g

Al momento to la componente verticale nulla ha portato ad un arresto a mezz’aria della sfera (e dei cuori di tutti i telespettatori), per poi riprendere ad accelerare verso il basso ed entrare trionfalmente in porta !

 

LE PUNIZIONI

 

Roberto Carlos, il fuoriclasse brasiliano nella lista dei 125 migliori giocatori viventi, riusciva a tirare quello che gli esperti hanno definito banana kick, o tiro a effetto: un lancio che inizia la corsa verso una direzione per poi cambiarla all’improvviso.

A spiegarlo interviene ancora la fisica con il cosiddetto effetto Magnus, dal nome del fisico Heinrich Gustav Magnus (1802-1870) che aveva analizzato le traiettorie dei corpi rotanti.

Analisi del moto del pallone da calcio

Nella parte superiore del pallone, gli strati d’aria dovuti al moto rotatorio si scontrano con quelli dovuti al suo spostamento (con l’aria che spira in senso contrario al moto del pallone). Ne segue che il flusso totale dell’aria che colpisce il pallone è più lento e, quindi, la pressione è maggiore secondo sulla base dell’equazione di Bernoulli.

 

Al contrario, nella parte inferiore, le correnti d’aria dovute alla rotazione si muovono concordemente con quelle legate allo spostamento, ragione per cui la velocità dell’aria è maggiore e la pressione è minore.

La differenza di pressione sui due lati genera una forza (definita portanza) che spinge il pallone verso il basso. Qualcosa di molto simile alla creazione della portanza sull’ala di un aeroplano: la differenza di velocità tra i flussi d’aria sopra e sotto l’ala, fa diminuire la pressione sopra e aumentare quella sotto, generando una forza che solleva l’ala verso l’alto.

Come dimenticare, a tal proposito, la straordinaria punizione calciata dal brasiliano contro la nazionale francese nel 1997 :

Vignetta che raffigura la celebre punizione

 

La punizione era stata assegnata a più di 30 metri dalla porta avversaria, dove la maggior parte dei calciatori si sarebbe limitata a passare la palla a un compagno di squadra ed a riprendere nuovamente il gioco. Ma Roberto Carlos no: mise la palla a terra e prese la rincorsa, pronto a tirare. Il portiere francese Fabien Barthez, fece schierare una barriera difensiva, anche se di certo non si aspettava che Carlos intendesse tirare in porta da una simile distanza.

Quando quest’ultimo colpì la palla, si ebbe l’impressione che sarebbe andata molto più a destra, tanto che gli spettatori che si trovavano sugli spalti da quel lato della porta si abbassarono,convinti che sarebbe finita contro di loro. Ma, all’ultimo momento, il pallone virò a sinistra e volò trionfalmente nella rete della porta francese, sotto lo sguardo incredulo di Barthez e di tutti i telespettatori.

 

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