Чтобы футбольный мяч пролетел большее расстояние и с более высокой скоростью, его нужно направлять под углом 25-30 градусов от поверхности земли.
Ученые подтвердили то, что многие футболисты знают на практике: когда нужно сделать удар как можно дальше и сильнее, принципы обычной математики не всегда применимы.
Это исследование, проведенное учеными, специалистами по спорту Николасом Линторном и Дэвидом Эвереттом из британского университета Brunel University, также дает несколько советов футбольным тренерам по поводу того, как наилучшим образом исполнять длинный навесной удар.
Навес является классическим ударом в футболе: когда этим ударом мяч перемещают от боковой линии поля во вратарскую площадку команды-соперницы, это может застать защитников врасплох, а к нападающему, который принимает мяч от такого удара, нельзя применять правило офсайда.
При этом механика такого удара, судя по всему, противоречит правилам физики.
Пушечный выстрел
Каждый студент-физик знает: для того, чтобы получить максимальную дальность выстрела при стрельбе из артиллерийского орудия, наклон ствола должен составлять 45 градусов от земли. Но футболисты, равно как игроки в гольф, метатели копья и метатели диска, обычно используют траекторию, имеющую угол намного меньше — 30-35 градусов.
Игроки выработали такую траекторию в результате длительной практики.
«Люди не могут объяснить, почему эффективная траектория является такой необычной», — говорит Николас Линторн из Brunel University. Он и Эверетт исследовали футбольный навес, изучив кадры видеосъемки футболистов, выполняющих этот удар под различными траекториями. Затем они попытались описать полученные данные о скорости мяча, расстоянии, на которое он пролетел, и времени его полета, в виде математических уравнений.
Это дало исследователям возможность найти самый оптимальный угол, под которым нужно направлять мяч, чтобы тот пролетел наибольшее расстояние. Оказывается, он должен составлять от 20 до 35 градусов. Информация о результатах исследования опубликована в журнале Sports Biomechanics2.
Строение человеческого тела
Почему же здесь наблюдаются такие большие отличия от традиционной механики? По словам Линторна, все дело в том, что традиционная механика не учитывает особенности строения костей и мышечной структуры человеческого тела, а они позволяют приложить большую силу к мячу, который летит под более низким углом, чем под более высоким. Поэтому мяч, летящий под более низким углом, имеет более высокую скорость. А скорость — это главный фактор, определяющий расстояние, которое он пролетит.
Линторн не рассчитывает, что по результатам исследования к нему ринутся толпы профессиональных игроков, желающих улучшить технику удара по мячу. «Они уже выработали эту технику методом проб и ошибок, — говорит ученый. — Наука здесь лишь идет вдогонку за ними».
Быстрый и яростный
Линторн также говорит о том, что иногда имеет значение не расстояние удара, а время полета мяча. Если мяч быстро попал к нужному игроку, это может застать противника врасплох. Ученые установили, что, если запустить мяч под углом на несколько градусов меньше, это почти не изменит расстояние, но может изменить время полета, а сэкономленные десятые доли секунды порой приобретают решающие значение в ходе матча.
«Навесные удары широко практикуются в футболе, — говорит Линторн. — В большинстве футбольных команд есть игрок, специализирующийся на таких ударах». Знание того, как мастера осуществляют эти навесы, может помочь тренерам понять, что им не следует применять некоторые правила физики для решения проблемы улучшения таких ударов.
Но, возможно, самую большую ценность из этого исследования извлекут школьные учителя — с его помощью легко повысить у детей интерес к физике. «Все, что имеет отношение к спорту, вызывает у учеников большой интерес», — говорит Линторн.