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Bergische Universität Wuppertal
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Bergische Universität Wuppertal
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Materialien für Interessierte zu meinem Vortrag
Der Vortrag findet statt im Rahmen einer Veranstaltungsreihe des
DFG-Forschungszentrums |
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Wenn ein Fußballer, wie etwa Michael Ballack oder Franck Ribéry, zum Freistoß antritt, überlegt er sich vermutlich nicht wo er den Ball (und wie) tritt, wie er den Schußwinkel und die Schußstärke wählt, sondern er schießt den Ball intuitiv, wobei der Ball meist eine krumme Flugbahn hat. damit können sie elegant die gegnerische Mauer umzirkelt oder einen wenn sie einen Eckball direkt in ein Tor verwandeln. Aber: Warum ist die Flugbahn eigentlich krumm?
Während die verantwortlichen physikalischen Effekte der Strömunsmechanik (Magnus-Effekt, Bernoulli-Effekt) seit über 100 Jahren bekannt sind, ist es erst seit kurzem mit Supercomputern möglich, diese Schüsse auf dem Rechner zu simulieren (und selbst diese Computer brauchen einige Stunden).
In meinem Vortrag werde ich die grundlegenden Konzepte der Arbeit eines Angewandten Mathematikers (Modellierung des betrachteten Vorganges, Modell-Vereinfachung, numerische Berechnung von approximativen Lösungen und Visualisierung/Interpretation von Daten) anhand von spektakulären Freistößen erläutern.
Dazu werden wir als erstes mit Hilfe von zwei einfachen Experimenten (die jeder zuhause nachmachen kann), den Bernoulli-Effekt und den Magnus-Effekt erklären. Wir werden den Luftwiderstand, den Drall, den Einfluß der Oberfläche und Flatterbälle diskutieren. Es soll illustriert werden, wie Computersimulationen helfen, das "Geheimnis" der Bananenflanken im Fußball zu lüften. Schließlich werden die gewonnenen Computersimulationen mit realen Videos und Computerspielen (Pro Evolution Soccer 6) verglichen.
PS: Auch beim (Tisch-)Tennis ('Topspin' und 'Slice') und Golf sind diese Effekte wesentlich;
beim Golf führt genau dieser Effekt dazu, dass Golfbälle kleine Dellen (sog. Dimples) haben (das ist keine Verzierung!)
Ebenso wird der Magnus-Effekt zum Schiffsantrieb benutzt; hier werden statt Segel rotierende
Zylinder, sog. Flettner-Rotoren, verwendet.
Der Magnus-Effekt ist auch sehr wichtig für das strömende Blut; durch ein Entmischungsphänomen (Fahraeus-Lindquist-Effekt)
wird die effektive Viskosität um bis zu 50% verringert!
| [BrKe03] | K. Bray und D. Kerwin, |
| Modelling the flight of a soccer ball in a direct free kick, Journal of Sports Sciences 21 (2003), 75-85. | |
| [Cra06] | C.M. Craig, E. Berton, G. Rao, L. Fernandez und R.J. Bootsma, |
| Judging where a ball will go: the case of curved free kicks in football, Naturwissenschaften 93 (2006), 97-101. | |
| [CoGo06] | B.G. Cook und J.E. Goff, |
| Parameter space for successful soccer kicks, European Journal of Physics 27 (2006), 865-874. | |
| [GEG05] | I. Griffiths, C. Evans und N. Griffiths, |
| Tracking the flight of a spinning football in three dimensions, Measurement Science and Technology 16 (2005), 2056-2065. | |
| [GGQC10] | G. Dupeux, A. Le Goff, D. Quéré und C. Clanet, |
| The spinning ball spiral, New Journal of Physics 12 (2010), 093004. |
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