Fußball ist nicht nur in den USA, sondern auf der ganzen Welt eine beliebte Sportart. Inspiriert von Fußball und Rugby beinhaltet dieses intensive Action-Spiel auch viel Wissenschaft.
Vom Werfen des Balls über den Flug des Balls und das Laufen auf dem Feld bis hin zum Angreifen der Ballträger bietet das Spiel eine hervorragende Gelegenheit, einige der wichtigsten Dinge zu verstehen. Konzepte der Physik .
VERBINDUNG: WAS IST DIE PHYSIK HINTER BOUNCING BALLS?
Hier ist ein Versuch, Ihnen Klarheit darüber zu geben, was aus wissenschaftlicher Sicht auf dem Fußballplatz passiert.
Newtons Bewegungsgesetze - den Ball werfen und fangen
Newtons Bewegungsgesetze sind grundlegende Gesetze, die die Beziehung zwischen dem Objekt und den auf es einwirkenden Kräften und die daraus resultierende Bewegung des Objekts aufgrund dieser Kräfte regeln. Lassen Sie uns herausfinden, wie diese Gesetze für ein Fußballspiel gelten.
Newtons erstes Bewegungsgesetz
Newton erstes Bewegungsgesetz oder das Trägheitsgesetz besagt, dass ein ruhendes Objekt in Ruhe bleibt und ein in Bewegung befindliches Objekt in Bewegungsrichtung in Bewegung bleibt, sofern es nicht durch eine äußere Kraft beaufschlagt wird.
Wenn ein Quarterback den Ball aufnimmt und in Richtung breiter Empfänger wirft, fliegt der Ball mit einer bestimmten Geschwindigkeit in die Richtung, in die er ihn geworfen hat, basierend auf der Kraft, die er auf den Wurf ausgeübt hat.
Nach dem erstes Bewegungsgesetz Wenn keine andere Kraft auf den Ball ausgeübt wird, bewegt er sich mit der gleichen Geschwindigkeit weiter in dieselbe Richtung, bis eine externe Kraft ausgeübt wird.
Aber wir wissen aus unseren Erfahrungen, dass Objekte, die wir werfen, allmählich langsamer werden und nach einem bestimmten Punkt zum Stillstand kommen. Bei einem Fußball ist das nicht anders.
Aber warum passiert das? Warum muss es aufhören?
Der Grund, warum sich der Fußball nicht mehr bewegt, ist das erste Bewegungsgesetz. Sie sehen zwar keine externen Kräfte, die auf den Fußball wirken, wenn der Quarterback ihn wirft, aber es gibt immer noch eine Kraft, die sich bewegt. jedes Objekt mit Masse ziehen zum Zentrum dieses Planeten.
Diese Kraft ist bekannt als Schwerkraft oder Schwerkraft . Aber die Schwerkraft ist nicht die einzige Kraft, die auf den Fußball wirkt.
Wenn Sie einen Ball werfen, erfährt er auch einen Luftwiderstand, der proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Balls und seiner Querschnittsfläche ist.
Diese Kräfte zusammen verhindern, dass der Ball seinen Flug mit der gleichen Geschwindigkeit fortsetzt, und bewirken, dass er anhält und irgendwann runterfallen .
Newtons zweites Bewegungsgesetz
Newtons zweites Bewegungsgesetz besagt, dass die auf ein Objekt wirkende Kraft gleich der Masse des Objekts multipliziert mit seiner Beschleunigung ist. Weitere Informationen zur Beschleunigung hier .
Mathematisch ist diese Gleichung geschrieben als;
F = mxa
Umgekehrt können wir, wenn wir die auf ein Objekt ausgeübte Kraft und ihre Masse kennen, die durch Kraft verursachte Beschleunigung herausfinden. Somit wird die Gleichung;
a = F / m
Mit dieser Gleichung können Sie die Beschleunigung eines Fußballs ermitteln, den ein Spieler auf dem Spielfeld geworfen hat.
Die Gleichung zeigt deutlich, dass die Beschleunigung eines Fußballs ist umgekehrt proportional zu seiner Masse. Wenn Sie einen Ball mit der gleichen Kraft, aber einer schwereren Masse werfen, ist die Beschleunigung geringer.
Newtons drittes Bewegungsgesetz
Das dritte Gesetz Zustände dass jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion hat. Sie können dieses Phänomen in einem Fußballspiel leicht beobachten, wenn ein Spieler versucht, den in die Luft getretenen Ball zu fangen.
Wenn ein Spieler den Ball fängt, übt er eine Kraft auf den Spieler aus, und im Gegenzug muss der Spieler eine Kraft gleicher Größe ausüben, jedoch in die entgegengesetzte Richtung, um den Ball zur Ruhe zu bringen.
Ein weiteres hervorragendes Beispiel für Newtons drittes Bewegungsgesetz in Aktion ist, wenn ein Spieler versucht, den Gegner anzugreifen und die Anzahl der Yards zu begrenzen, die er gewinnen kann. Wenn die Kollision passiert beide Spieler erfahren gleiche und entgegengesetzte Kraft aufeinander.
Mathematisch wird die Gleichung;
F 12 = - F 21
Wobei F 12 ist die Kraft, die Körper 1 auf Körper 2 und F ausübt 21 ist die Kraft, die Körper 2 auf Körper 1 ausübt. Das Minuszeichen zeigt an, dass die Kraft in die entgegengesetzte Richtung ist.
Impulserhaltung - Blockieren und Anpacken
Das dritte Bewegungsgesetz führt auch das Konzept der Impulserhaltung ein, in dem a Kollision zwischen den beiden Fußballspielern zeigt deutlich. Der Impuls ist nichts anderes als ein Produkt der Masse und Geschwindigkeit eines Objekts.
Die Gesetz der Impulserhaltung besagt, dass in einem isolierten System, wenn zwei Objekte mit Masse mit bestimmten Geschwindigkeiten kollidieren, der Gesamtimpuls der beiden Objekte vor der Kollision gleich dem Impuls der beiden Objekte nach der Kollision ist.
Mit anderen Worten, die Impulsverlust durch ein Objekt wird von einem anderen Objekt gewonnen, wodurch der Gesamtimpuls im System konstant bleibt. Dieses Phänomen spielt eine wichtige Rolle, wenn ein Spieler versucht, den Vorwärtsfortschritt des Ballträgers zu stoppen.
Mathematisch wird die Impulsgleichung wie folgt angegeben:
m 1 xv 1 = - m 2 xv 2
Projektilbewegung - Treten des Balls
Es gibt keinen besseren Sport als Fußball, um das Konzept der Projektilbewegung und der Parabeln zu demonstrieren.
Ein Projektil ist ein Objekt, das in die Luft geworfen oder projiziert wird, und die einzige auf das Objekt wirkende Kraft ist die Schwerkraft. Im wirklichen Leben wird ein Projektilflug jedoch auch von anderen Kräften beeinflusst, wie z. B. Wind und Luftwiderstand Luftwiderstand .
Wenn ein Spieler den Ball tritt, es wird ein Projektil und folgt einem gekrümmten Pfad, der in der Mathematik als Parabel bezeichnet wird. Diese gekrümmte Bewegung ist darauf zurückzuführen, dass die Schwerkraft die Geschwindigkeit des Balls von dem Moment an, in dem der Spieler ihn tritt, kontinuierlich verringert.
Wenn der Ball den höchsten Punkt seiner Flugbahn erreicht, wird die Geschwindigkeit des Fußballs Null und von dort fällt er schnell ab. Da die Schwerkraft konstant ist, sind die beiden Variablen, die die Flugbahn des Objekts bestimmen, Geschwindigkeit und Winkel, aus dem das Objekt gestartet wird.
Das Ziel eines Spielers ist es, entweder den Ball so weit wie möglich zu treten oder manchmal die Wartezeit zu verlängern, und hier wird die Wissenschaft der Projektilbewegung nützlich.
Der Ball bewegt sich am weitesten, wenn der Spieler den Ball gegen einen tritt. Winkel von 45 Grad Um eine große Höhe zu erreichen, muss ein Spieler versuchen, den Ball in einem 90-Grad-Winkel zu treten.
Satz von Pythagoras - Verfolgungswinkel des Verteidigers
Der Satz von Pythagoras besagt, dass das Quadrat der Hypotenuse gleich der Summe der beiden anderen Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks ist. Aber in welcher Beziehung steht dieser Satz zum Fußball?
Die Antwort liegt in der Berechnung der Verfolgungswinkel Dies ist die Entfernung, die der Verteidiger zurücklegen muss, um einen Ballträger anzugreifen.
VERBINDUNG: DER MAGNUS-EFFEKT: DIE PHYSIK HINTER DEM BIEGEN WIE BECKHAM
Ein Spieler, der den besten Verfolgungswinkel findet, hat die besten Chancen gegen einen Gegner. Indem er ein bisschen Wissenschaft in die Mischung einbezieht, können die Spieler beträchtliche Ergebnisse aus ihrem Spiel erzielen.
Fazit
Fußball ist ein energiegeladener Sport, der von Menschen aus allen Teilen der Welt beobachtet wird. Allerdings erkennen nicht viele die Wissenschaft dahinter. Von der Balldynamik bis zum Kickwinkel hat alles im Fußball eine wissenschaftliche Seite.
Wenn Sie das nächste Mal beobachten, wie Ihre Lieblingsmannschaft auf dem Spielfeld schwitzt, um den Ball über das Spielfeld in Richtung Endzone des Gegners zu bringen, achten Sie auch etwas mehr auf die Dynamik des Spiels. Sie werden erstaunt sein, dies zu findendie verborgene Wissenschaft.