Quando calciare un pallone è questione di fisica: il goal di Roberto Carlos

Calciando un pallone senza imprimergli alcuna rotazione, quest’ultimo si sposterà descrivendo una traiettoria parabolica. Se, però, lo colpite di taglio imprimendo un movimento rotatorio attorno all’asse verticale passante per il suo centro… beh il suo moto diventa davvero tridimensionale, oltre che traslare lungo una parabola, il pallone potrà anche curvare a destra o a sinistra.

Questo è ciò che accadde nel 1997, in uno dei calci di punizione più spettacolari, quello calciato da Roberto Carlos per il Brasile contro la Francia.

“La punizione era stata assegnata a 30 metri dalla porta avversaria, dove la maggior parte dei calciatori si sarebbero limitati a passare la palla a un compagno di squadra e a riprendere nuovamente il gioco. Ma Carlos no: mise la palla a terra e prese la rincorsa, pronto a tirare. Il portiere francese, Fabien Barthez, fece schierare una barriera difensiva, anche se di certo non

si aspettava che Carlos intendesse tirare in porta; quando quest’ultimo colpì la palla, si ebbe l’impressione che sarebbe andata molto più a destra, tanto che gli spettatori che si trovavano sugli spalti da quel lato della porta si abbassarono,convinti che sarebbe finita contro di loro. Ma, all’improvviso all’ultimo momento, il pallone virò a sinistra e volò nella rete della porta francese. Barthez, che non si era mosso neppure di un centimetro, non riusciva a credere ai suoi occhi”. (M. du Sautoy)

Il primo a spiegare l’effetto della rotazione su una palla in movimento nell’aria è stato, nel 1852, il matematico tedesco H. G. Magnus. Per questo, oggi, si parla di “effetto Magnus”. Vediamo un pò in cosa consista (cercherò di essere il più chiaro e diretto possibile, facendo ricorso ad un disegno esplicativo).

Nella parte superiore del pallone, gli strati d’aria trascinati dal moto rotatorio si scontrano con quelli dovuti allo spostamento (aria che spira in senso contrario al moto del pallone). Ne

segue che il flusso risultante che lambisce il pallone è più lento e, quindi, la pressione è maggiore (equazione di Bernoulli). Di contro, nella parte inferiore, le correnti d’aria dovute alla rotazione si muovono concordemente con quelle dovute allo spostamento per cui la velocità dell’aria è maggiore e la pressione minore.

La differenza di pressione sui due lati genera una forza (portanza) che spinge il pallone verso il basso. Qualcosa di simile alla creazione della portanza sull’ala di un aeroplano: la differenza di velocità tra i flussi d’aria sopra e sotto l’ala, fa diminuire la pressione sopra e aumentare quella sotto, generando una forza che solleva l’ala verso l’alto.

C’è un altro fattore determinante che spiega il motivo per cui il pallone calciato da Carlos impiegò tutto quel tempo prima di virare a sinistra: la resistenza aerodinamica.

“Il flusso d’aria dietro un pallone in volo può essere caotico oppure regolare: il primo è chiamato turbolenza, e si ha quando la palla viaggia molto velocemente; il secondo, invece, è detto laminare, e si ha alle velocità più basse. E’ facile riconoscere i diversi tipi di flusso d’aria provocati da differenti velocità del vento. Provate a camminare in linea retta tenendo sollevata una bandiera, e la vedrete fluttuare dolcemente nell’aria dietro di voi.

Quindi, fate la stessa cosa procedendo a una velocità molto superiore (per esempio, tenendola fuori dal finestrino di una macchina, oppure correndo più che potete contro un forte vento) e la vedrete sventolare all’impazzata. La ragione è che l’aria che passa attorno a un oggetto come una bandiera si comporta in modo diverso a differenti velocità: a quelle più basse, il flusso d’aria è facilmente prevedibile, mentre a quelle più alte è assai più caotico. La turbolenza caotica crea molta meno resistenza sulla palla così che, quando quest’ultima si muove velocemente, la rotazione non ha un grande effetto sulla sua direzione. Quando però la palla rallenta e supera il punto di transizione, la turbolenza cede il campo al flusso laminare, che causa molta più resistenza.

E’ come se qualcuno tirasse i freni: in quel momento di transizione, la resistenza dell’aria aumenta del 150 per cento. Ora, l’effetto della rotazione può iniziare a farsi sentire sul serio e, all’improvviso, la palla vira con molta più decisione. La resistenza in più, inoltre, viene a incrementare la portanza, facendo crescere l’effetto Magnus e spingendo la palla di lato con ancora maggiore forza. Roberto Carlos aveva bisogno di calciare la punizione lontano dalla porta per poter colpire la palla con una forza sufficiente a raggiungere la velocità della turbolenza caotica e perché la palla avesse poi il tempo necessario per rallentare e virare a sinistra prima di finire fuori campo. Quando la palla viene calciata a circa 110 chilometri all’ora, il flusso d’aria che la circonda è caotico, ma a circa metà del suo volo, allorché rallenta, la turbolenza cambia: i freni vengono tirati, la rotazione della palla comincia a farsi sentire e Barthez rimane lì a guardarla mentre entra nella sua porta”. (M. du Sautoy)