Ֆուտբոլն ու ֆիզիկան

Գաղտնիք չէ, որ ֆուտբոլը ամենասիրված ու տարածված մարզաձևերից է աշխարհում, ու դրանով հետաքրքրվում են շատերը՝ անկախ սեռից, տարիքից, մաշկի գույնից և այլն։ Դա ավելի ակնառու երևում է այս օրերին, երբ աշխարհի հերթական առաջնությունը հասնում է իր տրամաբանական եզրագծին․․․

Պարզվում է, որ ֆուտբոլային խաղն անհնարին է առանց ֆիզիկայի օրենքների կիրառության կառուցել․․․ Ֆիզիկան՝ որպես կիրառական, հիմնարար, աշխարհայացքային գիտություն, ամենուր է  դրսևորվում։

Ֆուտբոլը, բացի  երկու թիմերի միջև ծավալված ֆիզիկական պայքարից, ֆիզիկայի հիմնական օրենքների կատարյալ դրսևորում է խաղադաշտում։ Հարվածի ուժը, գնդակի արագությունն ու պտույտը, օդի դիմադրությունը և այլ պարամետրեր ենթարկվում են մեխանիկայի, կինեմատիկայի, աերոդինամիկայի օրենքներին ու կանոններին։ Փորձենք ֆուտբոլի դաշտում գործող մի քանի ֆիզիկական երևույթներ նկարագրել ընկալելի։

Նույնիսկ ոչ պրոֆեսիոնալ խաղացողները գիտեն, որ ֆուտբոլում հարվածի ուժով է որոշվում գնդակի արագությունը։ Այստեղ գործում է Նյուտոնի 2-րդ օրենքը, որի համաձայն՝ գնդակի վրա ազդող ուժը հավասար է զանգվածի և ձեռք բերած արագացման արտադրյալին։ ՖԻՖԱ-ի ստանդարտով՝ գնդակի զանգվածը 0,43 կգ է և այն կարող է ձեռք բերել  բավականին մեծ արագություն, օրինակ՝ 100 կմ/ժամ, որը հավասար է 27,8 մ/վ։Հատկանշական է, որ 1997 թվականին Ֆրանսիայի դեմ խաղում Ռոբերտո Կառլոսը կատարեց ֆուտբոլի  պատմության մեջ ամենահայտնի տուգանային հարվածներից մեկը, երբ գնդակի արագությունը հասավ 137 կմ/ժամի։ Եթե որոշենք այդ գնդակի  կինետիկ՝ շարժման էներգիան, ապա կստանանք մոտ 311,4 Ջոուլ։ Այդպիսի էներգիա ունի, օրինակ, 31 կգ զանգվածով մարմինը, որը մեկ մետր բարձրությունից  կարող է ընկնել ոտքի վրա․․․

Ընդհանրապես խաղադաշտում բոլոր շարժումները հնարավոր են դառնում Նյուտոնի 3-րդ օրենքի շնորհիվ։ Երբ ֆուտբոլիստը վազում է, նրա վրա հակառակն ուղղված ուժ է գործադրվում, որն էլ առաջ է մղում  մարզիկին։   

Երբ ֆուտբոլիստը գնդակը պտտեցնում է, օդի հոսքը գնդակի շուրջ դառնում է անհամաչափ,  պտտման ուղղությամբ արագանում է, իսկ հակառակ ուղղությամբ՝ դանդաղում, քանի որ առաջանում է  օդի ճնշումների տարբերություն։ Արդյունքում առաջանում է կողային ուժ, որի շնորհիվ գնդակը օդում շարժվում է կորագծով՝  շրջանցելով պաշտպանների կամ տուգանայինի դեպքում՝ 9,15 մետր հեռավորության վրա գտնվող պատը։ Այս երևույթը ֆիզիկայում հայտնի է Մագնուսի էֆեկտ անվամբ։

Ընդհանրապես մարդու, մարզիկի հավասարակշռությունը կապված է նրա ծանրության կենտրոնի՝ հենարանի կամ Երկրի նկատմամբ ունեցած դիրքի ու բարձրության հետ։ Բարձրահասակ մարդը, մարզիկը ավելի անկայուն հավասարակշռության վիճակում է։ Օրինակ՝ Լիոնել Մեսսին ցածրահասակ է, ծանրության կենտրոնը  միշտ ցածր լինելու շնորհիվ կարողանում է կտրուկ շարժումներ անել՝ պահպանելով հավասարակշիռ վիճակը։ Պարզվում է, որ Մեսսիի հետաքրքիր դրիբլինգի գաղտնիքը թաքնված է բիոմեխանիկայում։ Նա վազելիս ծնկները ծալում է և մարմինը կորացնելով առաջ՝ ծանրության կենտրոնը ավելի է մոտեցնում գետնին ու մեծացնում կայունության աստիճանը։

Ի դեպ հայտնի է, որ Ռոնալդուն երկար տարիներ կատարելագործել է իր տուգանային հարվածների տեխնիկան՝ «ստիպելով» գնդակին ենթարկվել աէրոդինամիկայի օրենքներին։ Հարվածի պահին նա անկյունային կոշտ «ֆիքսում» է հաղորդում ոտնաթաթին և հարվածում է ուղիղ գնդակի կենտրոնին։

Զլատան Իբրահիմովիչը խաղադաշտում հաճախ է ցուցադրել ակրոբատիկ, ակնթարթային հարվածներ։ Հայտնի է Անգլիայի թիմի հետ խաղում 35 մետրից կատարած մկրատաձև հարվածը։ 195 սմ  հասակով մարզիկի համար «օդում» մարմինը կառավարելը բարդ է, բայց պարզվում է, որ նա ցատկի պահին կիրառում է իմպուլսի պահպանման օրենքը, և որպեսզի հարվածող ոտքը շատ բարձրանա և հավաքի մեծ կինետիկ էներգիա, նա օդում կտրուկ  թափ է տալիս մյուս ոտքով ու ձեռքերով։

Երբ ֆուտբոլիստը ցատկում է, նրա կինետիկ էներգիան փոխակերպվում է պոտենցիալի, ցատկի վերին կետում նրա կինետիկ էներգիան մի ակնթարթ զրոյանում է, և  ֆուտբոլիստը. կախված մնալով օդում. ստանում է գնդակին հարվածելու հնարավորություն։

Պարզ է, որ գնդակի թռիչքի վրա միջավայրը՝ օդը ազդում է՝ դանդաղեցնելով  դրա ընթացքը ու ստիպելով, որ գնդակի հետագիծը կատարյալ պարաբոլ  չլինի, կտրուկ իջնի դեպի վար։ Մասնավորապես, երբ  ֆուտբոլիստը տուգանային հարված է կատարում, գնդակը պետք է անցնի պատի/պատնեշի վրայով և սլանա դեպի դարպաս։ Սա նաև  մաթեմատիկական հստակ հաշվարկ է պահանջում։ Որպեսզի գնդակը շրջանցի և՛ պատնեշը, և՛ թռչի դեպի դարպաս, հարվածի պահանջվող անկյունը հորիզոնի նկատմամբ սովորաբար կազմում է 20-30 աստիճան։ Մագնուսի էֆեկտը աշխատացնելու համար գնդակը պետք է պտտվի սեփական առանցքի շուրջ՝ 1 վայրկյանում կատարելով 8-10 պտույտ։Այդ դեպքում գնդակի արագությունը պետք է լինի մոտ 25-30 մ/վ /90-110 կմ/ժամ/։Եթե հարվածը չափազանց ուժեղ լինի, օդի հոսքը  կդառնա տուրբուլենտ, և Մագնուսի  էֆեկտը արդյունավետ չի աշխատի, ու գնդակը արդյունքում չի հայտնվի ցանցի մեջ․․․

Դարպասապահի յուրաքանչյուր սեյվ  կինեմատիկայի դրսևորման  լավ օրինակ է։ Հայտնի է, որ մարդու ուղեղից մինչև մկաններ ազդակի հասնելու նվազագույն ժամանակը 0,15-0,2 վրկ է։ Եթե  հեռվից եկող գնդակը դարպասին է հասնում 0,4 վայրկյանում, ուրեմն դարպասապահն ունի  ընդամենը 0,2 վայրկյան՝ ցատկի համար․․․

Մինչև խաղի մեկնարկը կամ ընդմիջմանը խաղադաշտը հաճախ ջրում են։ Չոր խոտի վրա գնդակի և գետնի շփման ուժը մեծ է, ինչի շնորհիվ գնդակը ավելի բարձր է ցատկում։ Թաց խոտի վրա ջրի բարակ շերտ առաջացնելով՝ նվազեցվում է շփումը։ Թաց դաշտում գնդակը գետնին դիպչելիս չի կորցնում հորիզոնական արագությունը, որը հարմար է արագ փոխանցումների համար։

Բոլոր ժամանակներում ֆուտբոլիստները գնդակը հաճախ կասեցնում են կրծքով, ինչը, պարզվում է, իմպուլսի՝ շարժման քանակի  պահպանման օրենքի  գեղեցիկ դրսևորում է։ Երբ բարձր թռչող գնդակը հասնում է ֆուտբոլիստին, նա այն կասեցնում է կրծքով՝ թույլ չտալով, որ գնդակը հետ թռչի իրենից։ Եթե  ֆուտբոլիստը կուրծքը պահի լարված ու անշարժ, գնդակը հետ կթռչի ։Գնդակին տիրելու համար խաղացողը հենց բախման պահին կուրծքը հետ է քաշում ու թուլացնում մկանները։ Դրանով նա ֆիզիկա է կիրառում՝ մեծացնելով գնդակի ու մարմնի հպման/շփման/ ժամանակը/տևողությունը, որի հետևանքով հարվածի/բախման ուժը կտրուկ նվազում է, մարում է նաև գնդակի շարժման կինետիկ էներգիան, ու գնդակը հանգիստ ընկնում է խաղացողի ոտքերին․․․

Գլխով խաղի դեպքում հետաքրքիր է թե ինչ ուժով է գնդակը ազդում։ Հասարակ հաշվումներով կարելի է համոզվել, որ օրինակ՝ 100 կմ/ժամ արագությամբ շարժվող գնդակը ֆուտբոլիստի գլխին ազդում է մոտ 1115 Նյուտոն ուժով։ Դա նշանակում է, որ գլխով հարվածի պահին ֆուտբոլիստի ճակատը վայրկյանի հարյուրերորդական մասում զգում է այնպիսի հարված, որը համարժեք է 114 կգ ծանրության։ Նման դեպքերում մարզիկները բնազդաբար լարում են պարանոցի  մկանները՝ դրանով իսկ խուսափելով վնասվածքներից։

Երբ թիմերը խաղում են  ծովի մակարդակից մեծ բարձրության վրա, օրինակ՝ Բոլիվիայի Լաս Պասում (3600 մետր), ապա ֆիզիկական պայմանները կտրուկ փոխվում են։ Оդը նման բարձրության  վրա բավականին նոսրանում է, դրա շնորհիվ թուլանում է Մագնուսի էֆեկտի ազդեցությունը, և գնդակը չի պտտվում անհրաժեշտ կորագծով, ու խաղացողները հաճախ ձախողվում են։ Օդի դիմադրությանч փոքր լինելու պատճառով գնդակը թռչում է 10-15 տոկոսով ավելի արագ ու չի ենթարկվում սովորական պայմաններում գործող աէրոդինամիկայի կանոններին։

Ֆիզիկայի օրենքները ցանկացած մարզաձևի հիմքում են։ Ֆուտբոլում այդ դրսևորումներն ավելի ցայտուն և ակնառու են։

Կամո Աթայան