Почему новый мяч Чемпионата мира по футболу Trionda может лететь не так далеко

Предстоящий Чемпионат мира по футболу этого года, проводимый в США, Канаде и Мексике, принесет много нового: рекордное количество команд, впервые три страны-организатора, а также, по традиции последних полувека, новый дизайн футбольного мяча.

Группа исследователей, изучающая физику мячей для Чемпионатов мира на протяжении 20 лет, недавно провела анализ нового мяча, получившего название Trionda. Произведенный Adidas, Trionda имеет четыре панели красно-зелено-синего цвета с глубокими канавками и эмблемами кленового листа, зеленого орла и звезды, символизирующими три страны-хозяйки. Эксперименты в аэродинамической трубе показали, что этот мяч имеет некоторые улучшения по сравнению с предыдущими версиями, однако дальние удары могут не достигать прежнего расстояния.

Джон Эрик Гофф, исследователь спортивной физики и профессор Университета Пердью, входящий в эту команду, отметил: «Проще говоря, Trionda может немного уменьшить экстремальную дальность, но должна вознаградить за чистую технику и предсказуемый полет. Я бы в первую очередь обратил внимание на заметные различия у вратарей, защитников, выполняющих длинные пасы, и игроков, бьющих с большого расстояния».

С 1970-х годов Adidas разрабатывает новые мячи для каждого Чемпионата мира. Некоторые ранние изменения были в основном эстетическими: мяч 1986 года украшали мотивы ацтекских храмов, а мяч 1994 года — космическая графика. Были и структурные улучшения, такие как обновленные пенопластовые ядра и повышенная водонепроницаемость. Однако в основном мячи сохраняли единый дизайн из 32 сшитых пятиугольных панелей.

Ситуация изменилась на Чемпионате мира 2006 года в Германии, когда Adidas представила мяч +Teamgeist. Он состоял всего из 14 изогнутых панелей, термически склеенных, а не сшитых. По словам Гоффа, такой дизайн помогал предотвратить попадание влаги, чтобы мяч не утяжелялся во время игры. Примерно в это время он начал изучать футбольные мячи. С тех пор он и его коллеги наблюдали за изменениями, поскольку Adidas выпускала мячи с различной текстурой поверхности и еще меньшим количеством панелей — эти изменения дизайна были достаточно значительными, чтобы влиять на ход игры.

Движение в полете

Гофф обнаружил, что, анализируя данные траектории мяча, он может определить его коэффициент аэродинамического сопротивления — число, которое определяет сопротивление воздуха, испытываемое мячом в полете при заданной скорости. Вскоре после этого он начал сотрудничать с командой в Японии, чтобы анализировать, как меняется поведение мяча в полете с каждым новым дизайном.

Эксперименты, проводимые в Университете Цукуба в Японии, на протяжении многих лет были намеренно последовательными, поскольку, по словам Такеши Асаи, профессора, работающего над этими экспериментами, «поддержание преемственности важно для сравнения новых данных с историческими наборами данных». Они включают крепление мяча к металлическому стержню, соединенному с измерительным прибором, который фиксирует аэродинамические силы, такие как сопротивление и подъемная сила, при воздействии на мяч тех же скоростей ветра, что и в реальной футбольной игре — от 7 до 35 метров в секунду.

Команда тестирует мяч в различных ориентациях, но таких тестов проводится немного, так как «мяч Trionda стоит 170 долларов», и каждый новый тест фактически повреждает его, — объясняет Гофф. Эксперименты показывают, как коэффициент аэродинамического сопротивления меняется в зависимости от скорости, а затем Гофф пишет код для симуляции общей траектории полета мяча.

Анализ команды показал, как развивались мячи для Чемпионатов мира после восьмипанельного мяча Jabulani для турнира 2010 года. Jabulani подвергся серьезной критике со стороны игроков, особенно вратарей, которые заявляли, что у него была обманчивая траектория, которая «коварно падала».

Главный недостаток мяча заключался в его излишней гладкости. Хотя его коэффициент аэродинамического сопротивления был относительно низким на высоких скоростях, при замедлении мяча до определенной точки этот коэффициент резко возрастал, заставляя его очень быстро терять скорость и вести себя так, как жаловались игроки в 2010 году. Этот внезапный переход, называемый кризисом сопротивления, происходит на более высоких скоростях для более гладких мячей. Однако с добавлением текстуры, такой как швы и канавки, этот переход можно избежать до тех пор, пока мяч не достигнет более низких скоростей. Это позволяет мячу лететь дальше и в целом вести себя более предсказуемо во время обычной игры.

«Это та же причина, по которой у мячей для гольфа есть ямочки, а у бейсбольных мячей — эти красивые 108 двойных швов. Если бы этих шероховатых элементов на мячах не было, вы бы не смогли достичь такого расстояния при бросках или ударах, как сейчас», — объясняет Гофф. — «На мяче должна быть какая-то шероховатость, чтобы сместить этот переход к меньшей скорости».

Новые канавки

Последующие разработки позволили сместить кризис сопротивления на более низкие скорости, согласно анализу Гоффа и его коллег. Например, мяч Brazuca, использовавшийся в 2014 году, имел всего шесть панелей, но общая длина их швов была значительно больше, что добавляло шероховатости поверхности. А мяч Trionda этого года состоит всего из четырех панелей, но каждая из них также имеет три глубокие канавки для большей текстуры.

Однако у этой шероховатости есть и обратная сторона. Хотя Гофф и его коллеги обнаружили, что мяч Trionda испытывает кризис сопротивления на самой низкой скорости с 2010 года, его коэффициент аэродинамического сопротивления также выше, чем у других мячей на высоких скоростях. Это означает, что, хотя самое резкое изменение не происходит, пока мяч не замедлится значительно, он все равно будет замедляться быстрее, чем его недавние предшественники, в более быстрой части своего полета. Таким образом, траектории дальних ударов могут быть на несколько метров короче, говорит Гофф.

К счастью, игроки предстоящего Чемпионата мира уже должны быть знакомы с этими нюансами, так как у них был доступ к новому мячу в течение нескольких месяцев. Мяч, как отмечает Гофф, довольно похож по дизайну на мяч Nike Flight, поэтому игроки, которые больше работали с этим мячом, могут иметь дополнительное преимущество.

Тем временем Гофф продолжает отправлять работы своей группы коллегам в FIFA и Adidas, надеясь предоставить новые идеи, и в прошлом Adidas уже присылала ему мячи. Adidas проводит собственные неопубликованные испытания каждого нового мяча. В прошлом году сообщалось, что 3,5-летний процесс тестирования Trionda включал робототехнику, предназначенную для ударов по мячу на определенных скоростях, а также тестирование в семи из 16 мест проведения турнира.

Как считает Гофф, футбол — «самый популярный вид спорта в мире, [это] его самый важный турнир, а самый важный элемент экипировки на этом турнире — это вот этот мяч», — указывая на мяч Trionda, который был с ним на видео во время их Zoom-звонка. — «Думаю, им интересно, как выглядят результаты внешнего тестирования».