La Aerodinámica del balón de futbol con el que se juego el mundial 2014
Primero vamos a ver que es la Aerodinámica:
La aerodinámica es la rama de la mecánica de fluidos que estudia las acciones que aparecen sobre los cuerpos sólidos cuando existe un movimiento relativo entre éstos y el fluido que los baña, siendo éste último un gas y no un líquido, caso éste que se estudia en hidrodinámica.
Como por ejemplo del ámbito de la aerodinámica podemos mencionar el movimiento de un avión a través de aire entre otros. La presencia de un objeto ene un fluido gaseoso modifica la repartición de presiones y velocidades de las partículas del fluido, originando fuerzas de sustentación y resistencia. La modificación de unos de los valores (presión o velocidad) modifica automáticamente en forma opuesta el otro.
Perfil aerodinámico Un cuerpo que posee una forma tal que permite aprovechar al máximo las fuerzas originadas por las variaciones de velocidad- des y presiones de una corriente de aire se denomina perfil aerodinámico. Si realizamos un ejemplo gráfico tomando dos partículas que se mueven a una velocidad de 90 Km/h, y con una presión de 1 Kg/cm2, antes de la perturbación originada por la introducción del perfil aerodinámico. Entre la parte superior del perfil y la línea recta superior horizontal se produce una reducción de espacio, logrando un aumento de la velocidad del aire, mientras que en la parte inferior del perfil el recorrido de las partículas es horizontal, no modificando la corriente del aire. Puede observarse entonces que la partícula (1) aumenta su velocidad a 90,3Km/h (efecto Venturi) y la presión disminuye a 0,7 kg/cm2 (efecto Bernoulli). La partícula (2) al no verse modificada por el perfil mantiene una velocidad de 90 Km/h y una presión de 1 Kg/cm2. Por lo tanto se puede observar que se ha originado una diferencia de presión entre la cara superior y la inferior, obteniendo como resultante una fuerza hacia arriba llamada FUERZA AERODINAMICA (F).
La pelota
Una pelota es una bola utilizada en deportes de pelota y otros juegos. Las pelotas normalmente son esféricas, pero pueden poseer formas diferentes, como las pelotas de rugby o las de fútbol americano. Las hay elásticas y livianas, como las de fútbol y rugby, que se inflan con aire. Otras son rígidas y pesadas, como las de golf y hockey sobre hierba. A la pelota de tamaño considerable se le llama balón. En la mayoría de los juegos en que se emplean pelotas, el objetivo del juego consiste en manipular la pelota con partes del cuerpo o con alguna herramienta, e introducirla en un área de meta, que varía según cada juego.
Historia La pelota de cuero la inventaron los chinos en el siglo IV a. C. Los chinos rellenaban estas pelotas con cuerdas. Esto surgió cuando uno de los cinco grandes gobernantes de China en la antigüedad, Fu-Hi, apasionado inventor, apelmazó varias raíces duras hasta formar una masa esférica a la que recubrió con pedazos de cuero crudo: acababa de inventar la pelota. Lo primero que se hizo con ella fue sencillamente jugar a pasarla de mano en mano. No la utilizaron en campeonatos. Las culturas mesoamericanas fueron las primeras en usar las pelotas que rebotan, pues ellos inventaron las pelotas de caucho y látex. En la antigüedad, en Egipto, Grecia, Roma, China, Japón y Mesoamérica se jugaban juegos de pelota.
Ahora la aerodinámica en el balón:
Los factores físico existentes influyen el movimiento de la pelota, y al modo y aplicación de las fuerzas para obtener su desplazamiento. Entre éstos se encuentran, mas no se limitan a: la forma, el aire, volumen, presión, temperatura, material y textura, etc.
1. El material con que una pelota es construida (véase también: azteca (balón), tanto exterior como interiormente también afecta el peso, alcance y rebote de ésta; esto es evidente en la manufactura de pelotas de golf ya que su peso es equivalente.
2. La textura externa es un factor determinante a los resultados del movimiento; por ejemplo,
las costuras de la pelota usada en los lanzamientos del béisbol son empleadas para producir algún efecto deseado. Otro ejemplo es el de la pelota usada en el balompié, donde la cantidad de costuras y superficies hacen del cuerpo una esfera más o menos perfecta, es decir que un balón clásico de hexágonos y pentágonos, se comportará aerodinámicamente distinta a una que tenga una cantidad mayor o menor de superficies de contorno; esto es evidente en la facilidad de aplicar o controlar un chanfle. Hay que anotar que no todos los balones eran redondos (si tomamos que un redondo solo tiene un lado sin ninguna arista), aunque esto pareciera ser una ridiculez los primeros balones tenían formas icosaedricas las cuales permitían "rodar" al balón a pesar de poseer lados.
Brazuca Estudio de la NASA
Para NASA, el Mundial de fútbol es un gran pretexto para enseñar un poco de ciencia. “Los deportes ofrecen una gran oportunidad para presentar el campo de la aerodinámica a la siguiente generación de investigadores al mostrarles algo con lo que se pueden vincular”, explicó Rabi Mehta, jefe de la división de Aero-Física experimental en NASA. Y nada mejor para hablar de aerodinámica que el Mundial de fútbol y su balón oficial ‘Brazuca’, especialmente después de que el balón ‘Jabulani’ de hace 4 años mostrara comportamientos extraños en el aire. ¿Cómo se comporta el Brazuca en la cancha? Como ya hemos visto en los primeros partidos, el balón no ha sido factor en el desarrollo del encuentro a pesar de que es el primer balón oficial que está construido solo 6 paneles de material contra los 8 del Jabulani y los 32 hexágonos, pentágonos y costuras de uno tradicional. Aerodinámica es el estudio de cómo los líquidos y gases se comportan entorno a objetos. De ahí que cuando se menciona la ‘aerodinámica del balón’ en realidad se hace referencia al comportamiento del aire que se desplaza por el movimiento del esférico. Es esa interacción la que permite que el balón cumpla una trayectoria definida, que llegue más o menos lejos, o que presente ‘efecto’ hacia un costado.
De acuerdo al análisis de NASA, el Jabulani presentaba un comportamiento extraño debido a que su superficie era muy suave y eso provocó que la velocidad necesaria para presentar ‘efecto’ aumentara hasta los 80km/h, una velocidad mucho mayor a la de un balón convencional que comienza a presentar efecto a los 48 km/h aproximadamente. NASA indicó que el fenómeno fue aún más evidente durante el Mundial de Sudáfrica debido a que un jugador de ‘calidad para Mundial’, es capaz de impulsar el balón hasta unos 88 km/h. En el caso del Brazuca, a pesar de tener menos paneles, posee mayor rugosidad en la superficie, lo cual provoca que tenga una velocidad y alcance similar a la de un balón tradicional. El fenómeno es similar al que pasa con una pelota de golf: su superficie granulada le permite viajar más lejos.
Alisson Jalyne Guzman Chate
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Jaime MontaĂąa
Desarrollo de Pensamiento