Effetto Magnus: la fisica dei tiri ad effetto

Nonostante la mia vita oramai sia una funzione ad un sola variabile, che possiamo (senza approssimare) chiamare Politecnico, mi è giunta voce che i mondiali sono iniziati. E per fortuna sono stato informato abbastanza in tempo da poter scommettere sul risultato secco della prima partita dell'Italia, il che mi ha fatto vincere una bella pizza gratis.

Ma bando alla mia potente lungimiranza, vediamo di parlare un poco di calcio.

Oh mio dio ma io sono in questo sito per leggere di fisica non di un pallone che rotola!

Billy siediti altrimenti ti sparo sul mignolino del piede e ascolta!

Primo, sono io qui a decidere di cosa si parla.
Secondo, il calcio non sarà il tema centrale di nessun mio discorso.
Terzo, il pallone non rotola, roto-trasla.

Ed è proprio il terzo punto che è importante in quello di cui di voglio parlare, ovvero i tiri ad effetto.

Volete un esempio carino?

Il principio di Bernoulli e la portanza

Prima di arrivarci, facciamo un passo indietro e chiediamoci: come fa un aereo/piccione/Superman (forse lui no) a volare?

Mistero della fede? Bevono tanta Red Bull? Praticano yoga?

No. La colpa è solo di Bernoulli. Dobbiamo al simpaticone appena citato infatti una delle leggi fondamentali della fluido dinamica, che porta il suo nome e che per dare un tono scientifico al post riporto in matematichese:

Per te Billy invece cerco di dirlo a parole: l'energia associata ad un flusso di un fluido in movimento in particolari condizioni (regime stazionario di un fluido incomprimibile e a viscosità nulla) è costante. In particolare ne consegue che velocità e pressione sono inversamente proporzionali. Dove aumenta la pressione diminuisce quindi la velocità.

Assodato questo concetto fondamentale, ne introduciamo un altro: la portanza.

Essa è causata dalla differenza di velocità che si ottiene (nel caso di un aereo ad esempio) dalla particolare forma dell'ala, che è costruita in modo da rendere la velocità dell'aria sulla faccia superiore maggiore di quella sulla faccia inferiore. Questo fa si che si generi una forza diretta verso l'alto (la portanza per l'appunto), come se il corpo fosse risucchiato dalla zona di bassa pressione (depressione).

E per il pallone?

Calmo Billy, ci arriviamo. Una sfera è notoriamente simmetrica, quindi non è possibile pensare che l'aria scorra più velocemente su di un lato che sull'altro.Affermazione giustissima solo nel caso in cui il corpo effettuasse una semplice traslazione. In questo caso l'aria si incurverebbe allo stesso modo sopra e sotto non generando alcun effetto sulla traiettoria del pallone, se non quello di rallentarlo (prima figura).

Ma, come ribadivo prima, la nostra sfera roto-trasla. La sua rotazione annessa ad una specifica velocità angolare che "interagisce" con la velocità del flusso di fluido che attraversa. In particolare la rotazione del pallone fa si che gli strati immediatamente vicini alla sua superficie acquistino lo stesso verso, generando piccole correnti concentriche

Se la palla rotola in senso antiorario (come nella seconda figura) e il vento soffia da sinistra a destra, le correnti generate dal pallone di "scontrano" in alto (diminuendo la velocità dell'aria) e si "sommano" in basso (aumentando la velocità). Quello che ne consegue è che si viene a generare una portanza che è diretta verso il basso (dalla pressione più alta a quella più bassa).

Basta ora immaginare che la rotazione avvenga "di lato" in un pallone da calcio per sfatare la magia del tiro di Roberto Carlos che abbiamo visto poco fa.

In conclusione, la prossima volta che vi girano le palle attenti, perché potrebbero prendere il volo.

Consiglio a chi fosse interessato di approfondire bene l'argomento perché l'ho semplificato davvero al massimo e non è poi così semplice la faccenda.