Hiệu ứng magnus trong bóng đá

Hiệu ứng Magnus trong bóng đá

Chắc hẳn nhiều người hâm mộ bóng đá vẫn còn nhớ cú sút phạt tuyệt vời của Roberto
Carlos trong trận Pháp-Brazil 1997. Quả bóng được đặt cách khung thành khoảng
30m, hơi chếch về phía phải. Carlos sút, quả bóng vòng qua hàng rào của Pháp một
cách rất lịch sự rồi có vẻ như sẽ đi chệch sang phía phải cầu môn trước sự hí hửng của
thủ thành Fabien Barthez. Nhưng như có phép lạ, quả bóng vẽ thành một đường cong
lượn sang trái và đi vào lưới qua góc phải trên khung thành trước sự sững sờ tất cả
những ai đang theo dõi trận đấu.
Thậm chí, một số bình luận viên hồi ấy, đã bình luận rằng: “Cú sút của Roberto Carlos
đã thách thức tất cả những định luật vật lý”. Vậy thật ra, định luật vật lý nào gây nên
“hiệu ứng” trên?
Sự lệch quỹ đạo của một vật thể quay tròn lần đầu tiên được giải thích bởi Lord
Rayleigh dựa trên công trình thực hiện năm 18 52 của nhà vật lý Đức Gustav
Magnus. Thực ra hồi ấy Magnus muốn nghiên cứu xem tại sao những quả đạn lại bị
lệch sang một bên khi vừa quay tròn vừa chuyển động, song sự lý giải của ông cũng
được áp dụng rất tốt cho trường hợp quả bóng đá. Ta hãy xét một trái bóng đang quay
quanh một trục vuông góc với dòng không khí chuyển động trên bề mặt của nó.
Tại một phía mặt bên của bóng, chiều quay của nó cùng chiều với chuyển động của
dòng không khí và như vậy dòng khí ở mặt bên này sẽ đi nhanh hơn so với dòng khí ở
phần giữa gần trục quay của bóng. Theo nguyên lý Bernoulli, áp suất tại một mặt bên
của bóng, nơi có dòng khí chuyển động nhanh hơn sẽ nhỏ hơn áp suất ở phần giữa.
Tại mặt bên kia của bóng thì điều này xảy ra ngược lại, vì tại đó chiều quay của bóng
sẽ ngược với chiều chuyển động của dòng khí, làm giảm tốc độ dòng khí và từ đó làm
tăng áp suất. Như vậy, có một sự không cân bằng về lực và quả bóng sẽ đi lệch sang
một bên. Những hiện tượng như thế này thường được gọi là “hiệu ứng Magnus”.
Những lực làm lệch đường đi của quả bóng quay tròn nói chung được chia thành hai
loại: một lực nâng và một lực cản. Lực nâng hướng lên trên hoặc hướng sang ngang,
đại diện cho hiệu ứng Magnus. Lực cản tác động theo hướng ngược với đường đi của
quả bóng.
Chúng ta có thể tính được các lực này trong một tình huống đá phạt. Giả sử rằng vận

tốc của quả bóng là 25-30m/s và tốc độ quay là khoảng 8-10 vòng mỗi giây, khi đó
lực nâng vào khoảng 3,5N. Nếu lấy khối lượng chuẩn của một quả bóng dành cho thi
đấu là 410-450g, khi đó nó sẽ có gia tốc là khoảng 8m/s2. Và bởi vì trong một giây,
quả bóng có thể đi về phía trước được cỡ 30m nên lực nâng sẽ khiến nó bị lệch
khoảng 4m so với quỹ đạo thẳng, quá đủ để gây khó khăn cho bất cứ thủ môn nào.



Carlos đã sút như thế nào?
Carlos đã sút bằng chân trái đồng thời làm quả bóng quay ngược chiều kim
đồng hồ theo phương nhìn từ trên xuống dưới, có lẽ tốc độ quay là 10 vòng mỗi giây
và vận tốc tịnh tiến là khoảng 30m/s. Dòng khí đi qua bề mặt bóng bị rối, sức cản trở
nên nhỏ đi. Khi quả bóng bay được khoảng 10m, vận tốc giảm xuống, lực Magnus bẻ
cong đường đi của nó và hướng nó về phía khung thành. Giả sử rằng, sự quay không
bị yếu đi quá nhiều, khi đó hệ số cản tăng. Điều này thậm chí đã dẫn đến một lực làm
lệch lớn hơn và bẻ cong đường bóng nhiều hơn. Cuối cùng, bóng bay chậm lại, nó
chui vào lưới với một sự bẻ lái vô cùng kỳ thú.
Trong các môn thể thao khác như bóng bàn, bóng chày, golf,…ta cũng thấy hiệu ứng
Magnus.