Il calcio spiegato dalla Fisica diventa più semplice

A 18 anni Niels arriva all’università per studiare Fisica, la sua grande passione. Oltre agli studi, in cui eccelle, il suo passatempo preferito è il calcio, che gioca a livello amatoriale. Entrambe le sue passioni sono ereditate dal padre Christian e condivise con suo fratello Harald, studente di Matematica e calciatore. Niels e Harald giocano insieme nell’Akademisk Boldklub, la squadra dell’università di Copenaghen, il primo gioca in porta, mentre il secondo è un mediano. Entrambi sono in campo quando Niels capisce che il calcio non fa più per lui. Accade in una partita tra l’Akademisk Boldklub e una squadra tedesca e il momento chiave è un tiro da centrocampo all’indirizzo della porta difesa da Niels. Il tiro non è imparabile ma Niels non sembra pronto a respingerlo. Il suo sguardo è per aria e rivolto verso la sua stessa porta. Da questo momento in poi ci sono due versioni della storia. La prima – ottimistica – racconta che Niels, richiamato dalle grida del pubblico e dei compagni, si accorge del tiro e lo respinge in extremis. Nella seconda invece Niels il gol lo prende, scatenando l’ira di compagni e tifosi per la sua madornale distrazione. La prima versione racconta di una partita dominata da Niels e compagni, la seconda – invece – di un 18-0 in favore dei tedeschi. Al netto delle divergenze narrative, entrambe le versioni concordano sul motivo per cui Niels non si sia accorto del tiro partito da centrocampo. Più o meno, sembra si sia giustificato così coi compagni: “Mi era venuto in mente un problema matematico, mi sono messo a fare dei calcoli sul palo della porta e mi sono distratto…”. Sta di fatto che, dopo quanto accaduto, Niels decide di dedicarsi completamente alla Fisica. Ed è un bene, visto che il ‘nostro’ Niels è Niels Bohr, vincitore del Premio Nobel per la Fisica nel 1922 grazie al suo modello dell’atomo. Suo fratello Harald continua invece a portare avanti le sue due passioni, il calcio e la matematica, con grande successo: diventa un affermato accademico e nel 1908 vince l’argento Olimpico con la nazionale danese. Calcio e Fisica sono coesistiti solo per una parte della vita di Niels che, a un certo punto, ha capito di doversi dedicare completamente allo studio. Ma oltre all’esperienza di vita di Bohr, calcio e Fisica sono legati in tanti altri modi. Un tiro, uno stop, una parata, una scivolata, un’esultanza: quasi ogni gesto o momento di una partita di calcio è spiegato da una legge della Fisica. Da calciatori , appassionati e tifosi non ce ne accorgiamo, anche perché per lo più sono movimenti che riteniamo ‘naturali’. E allora, per qualche minuto, torniamo studenti e affidiamoci al professor Giorgio Rossini, Docente di Matematica e Fisica del Liceo Lucio Anneo Seneca di Roma… “Innanzitutto, una precisazione importante. La realtà è complessa e spesso le variabili da tenere in considerazione per descrivere con precisione un fenomeno sono molteplici e talvolta imprevedibili. Perciò, per cercare di rendere semplice e fruibile quanto verrà scritto, mi limito a enunciare e descrivere qualitativamente la principale legge della fisica che regola ciascuno dei fenomeni osservati e analizzati, rimandando il lettore interessato ad approfondire l’aspetto quantitativo”. Con il Professor Rossini abbiamo selezionato e spiegato tre gesti che vediamo sempre nel corso di una partita di calcio: il tiro a giro, lo stop e l’esultanza in scivolata sulle ginocchia. Il tiro a giro - Fenomeno fisico: Effetto Magnus Quante volte vedendo un tiro a giro o uno strano effetto del pallone vi siete chiesti “ma come ha fatto?!”. Del Piero, Insigne, le punizioni di Roberto Carlos… la storia del calcio è piena di tiri che – a prima vista – sembravano andare contro le leggi di fisica. Ma quello che sembra un qualcosa di impossibile è invece spiegato proprio dalla Fisica e, in particolare, dall’Effetto Magnus. “Questo fenomeno prende il nome del fisico svedese Heinrich Gustav Magnus che lo descrisse per primo, e spiega perché una palla in movimento che ruota intorno ad un proprio asse di simmetria segue una traiettoria curva”. In poche parole, l’Effetto Magnus spiega a livello fisico come è possibile che esista il tiro a giro . “Si tratta di una conseguenza dell’equazione di Bernoulli, la principale legge della dinamica dei fluidi, la quale stabilisce che l’aria che scorre parallelamente a una superficie esercita una pressione e, quindi, una forza perpendicolare alla superficie tanto più intensa quanto minore è la sua velocità. Quando un pallone viene colpito imprimendogli una rotazione, succede che durante il volo l’aria su un lato del pallone scorre nello stesso verso della rotazione, mentre quella sul lato opposto scorre in verso opposto alla rotazione. Il risultato è che la rotazione del pallone, mentre su un lato facilita il passaggio dell’aria, facendola scorrere più veloce, sull’altro lo ostacola, facendola scorrere più lentamente. Questa differenza di velocità, come detto, genera una differenza di pressione tra i due lati del pallone e quindi una forza che lo spinge lateralmente dalla parte in cui l’aria ha una velocità maggiore, facendolo curvare. Immaginiamo un pallone davanti a noi: colpendolo sul lato destro, e quindi imprimendogli una rotazione antioraria, la traiettoria curverà a sinistra; viceversa, colpendolo sul lato sinistro, e quindi imprimendogli una rotazione oraria, la traiettoria curverà a destra”. L’Effetto Magnus non è ‘visibile’ solo nel calcio ma anche in altri aspetti della nostra vita e in altri sport: “Il principio è lo stesso che consente agli aerei di volare: il profilo dell’ala è tale da facilitare il passaggio dell’aria nella parte superiore e ‘ostacolarlo’ in quella inferiore. Nella parte inferiore, quindi, c’è una pressione maggiore che genera una forza, detta portanza, che spinge l’ala e l’aereo verso l’alto. Alla rovescia, l’effetto Magnus conferisce alle automobili di F1 una maggiore aderenza al suolo . Gli alettoni, infatti, hanno la forma di un’ala capovolta”. Lo stop - Fenomeno fisico: Teorema dell’impulso Ricordate l’esclamazione di stupore sul volto di De Rossi per uno stop di Dybala nella passata stagione? E l’incredibile stop di Marcelo con la suola in Bayern-Real Madrid? Ecco, anche qui c’entra la Fisica. Questa volta in nostro ‘soccorso’ viene il Teorema dell’impulso. “In fisica la quantità di moto è definita come il prodotto tra la massa e la velocità di un corpo ed è particolarmente utile nello studio degli urti tra due corpi. Nel baseball o nel tennis, per respingere una pallina, modificandone la direzione e il verso della sua velocità , essa viene colpita con una mazza o una racchetta. Nel momento del contatto viene applicata una forza molto intensa in verso opposto alla velocità della pallina per un intervallo di tempo molto breve: i fisici direbbero che alla pallina viene dato un impulso. Il teorema dell’impulso stabilisce che ad un impulso corrisponde la variazione di quantità di moto del corpo che lo subisce. Durante uno stop nel calcio l’esigenza è opposta rispetto al baseball o al tennis, ma il principio è lo stesso: il pallone non deve allontanarsi dal piede, ma rimanervi attaccato. Per fare questo la quantità di moto iniziale del pallone deve essere annullata dall’impulso fornito dal calciatore col piede. Il calciatore deve essere quindi in grado di calibrare la giusta forza per l’intervallo di tempo che ha a disposizione, cioè quello di muovere il piede e la gamba nei 20-30 cm di spazio di azione. Troppa forza e la palla rimbalza via, troppa poca forza e serve troppo tempo per azzerare la quantità di moto”. Diversi fattori possono fare la differenza tra uno stop fatto bene e uno stop sbagliato: “Ci sono dei fattori che possono agevolare lo stop, come la forma della parte del piede che ‘accoglie’ la palla o il grip tra i materiali di cui sono fatti scarpino e palla , o che possono ostacolarla, come l’umidità o la rotazione della palla. La dinamica descritta rende più difficoltosi, e quindi se ben fatti più apprezzabili, gli stop di testa e di petto. Infatti, la serie di movimenti che il calciatore deve effettuare per ‘accompagnare’ la palla è meno naturale. Mentre, nello stop di coscia si può approfittare anche dell’ammortizzazione di un muscolo grande come il quadricipite femorale”. La scivolata sulle ginocchia per esultanza dopo un gol - Fenomeno fisico: Attriti “E poi scivola come un torero sotto la Kop... Liverpool in vantaggio”. Una telecronaca, quella di Massimo Marianella, che ricordiamo tutti. Forse anche più del meraviglioso gol di Torres contro l’Arsenal, dopo il quale ha esultato con una scivolata. Un’esultanza sempre più utilizzata ma che non sempre riesce bene. Come mai? Anche qui, lo avrete capito, c’entra la Fisica. “Anche la scivolata sulle ginocchia richiede qualche abilità e qualche accortezza. Al centro del gesto c’è la capacità di regolare l’attrito tra calciatore e terreno, che deve essere abbastanza forte da fermare il calciatore prima che urti i tabelloni pubblicitari ma non troppo da farlo impuntare nel terreno o da fargli sbucciare le ginocchia”. “Per una corretta scivolata sulle ginocchia è necessario che il terreno sia ben umido: il sottile strato d’acqua presente sul terreno garantisce un effetto aquaplaning che riduce l’attrito e rende la frenata più lunga. Anche nei moderni campi in erba sintetica il manto di gioco viene bagnato per manutenzione e per garantire un attrito non troppo intenso che causerebbe il logorarsi dei ‘fili d’erba’ e metterebbe a rischio le articolazioni dei giocatori”. Anche chi esulta deve però avere alcuni accorgimenti se vuole fare una scivolata come si deve: “È importante la posizione del calciatore, che durante la scivolata deve stare seduto sui talloni. L’attrito dinamico, infatti, è proporzionale alla forza premente sulla superficie di contatto, nel nostro caso le ginocchia col terreno: ciò significa che più peso, più freno. La parte alta del corpo viene portata all’indietro, il baricentro si sposta anch’esso indietro e la forza peso del calciatore ‘scaricata’ sulle ginocchia risulta minore che se stesse ‘dritto’. In tal modo anche l’attrito è minore e la scivolata può essere più lunga”. Sono solo alcuni esempi che spiegano il legame fra Fisica e Calcio. In realtà, quasi ogni aspetto di una partita è spiegabile attraverso fenomeni fisici. Non possiamo averne la certezza, ma ci piace pensare che quando il giovane Niels si è distratto per pensare a un problema matematico stesse provando a calcolare come fare una rovesciata perfetta o un preciso pallonetto. Niels lo ha sempre saputo: il calcio è talento, libertà e fantasia ma nessuna grande giocata è possibile senza il rigore delle leggi della Fisica.