축구경기에서 볼수 있는 축구공에 괴적에는 어떤 과학적 원리가 숨어 있나요?

Question

축구하면 아직도 영상에서 UFO 슛이라고 하며 브라질 축구선수가 찼던 공이 떠오르는데 이런 괴적은 어떤 원리로 가능한걸까요? 눈으로 보고도 믿기지 않았었는데 어떤 과학적 원리가 숨어 있는지 궁금해요

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

축구에서 UFO 슛으로 알려진 브라질 축구선수 호베르투 카를로스의 유명한 프리킥은 '마그누스 효과’라는 물리학적 원리로 설명할 수 있습니다. 이 현상은 공기나 물과 같은 유체 속에서 물체가 회전하면서 특정 방향으로 운동할 때, 물체가 그 이동 속도의 수직 방향으로 힘을 받아 경로가 휘어지는 현상을 말합니다.

카를로스의 프리킥은 초속 30m 이상의 속도로 강력하게 차면서, 공을 난류 상태에 놓이며, 이후 층류 상태에 들어가면서 압력이 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 급격히 휘는 현상이 발생합니다. 재미난 점은 이는 축구뿐만 아니라 야구, 테니스 등 다른 구기 종목에서도 볼 수 있는 현상이죠.

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

축구에서 UFO 슛이라고 불리는 것은 마그누스 효과를 이용한 슛입니다. 마그누스 효과는 공기의 흐름에 의해 발생하는 회전하는 물체에 대한 힘입니다.

공이 회전하면서 공기의 흐름이 공의 회전 방향과 반대 방향으로 휘어집니다. 이로 인해 공기의 압력이 공의 회전 방향의 뒷부분은 낮아지고, 앞부분은 높아집니다.

이러한 압력 차이로 인해 공은 회전 방향의 뒷부분으로 끌려가게 됩니다. 따라서, 공이 회전하는 방향으로 휘게 되는 것입니다

Answer 3

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

전제 조건

일단 공기의 저항은 무시했습니다. 너무 복잡해지고 사실 어떻게 반영해야 할지도 모르겠습니다. 구형의 물체가 공기의 저항을 얼마나 받는지 그 자체도 어려운 문제고, 공이 회전함에 따라 온갖 양상이 벌어집니다. 그래서 문제는 최대한 단순화시키는 게 좋습니다 ^-^;; 그래서 공기는 없앴습니다!!

공의 궤적 이론

공의 방향과 속력

공을 차면 앞으로 나가가겠지만, 위로도 뜹니다. 얼마나 뜨는지는 초기 각도(angle)를 입력 변수를 둡니다.

그리고 얼마나 빠른 속력으로 찼는지에 대한 초기 속력(v_0)을 입력 변수로 둡니다.

초기에 대각선으로 날아간 공의 속력을 v_x와 v_y로 나누어야 합니다.

삼각함수가 이럴 때 쓰입니다. 엑셀을 쓰면 자동으로 계산해주니 원리만 아시면 됩니다.

출처: https://knowhowbank.tistory.com/53 [노하우 저장소:티스토리]