Effetto Magnus applicato al calcio

Vi siete mai chiesti come fanno i calciatori a fare il famoso tiro a girare?

In questi giorni di grandi emozioni per gli Europei 2021 di calcio, Il nostro team di Analisi e Calcolo FEM/CFD si è posto questa domanda, trovando la motivazione scientifica che regola il famoso “Tir a gir”, realizzando questa simulazione utilizzando il software Ansys Fluent, unendo la tecnica del overset mesh al modello 6dof per la creazione del pallone.

Stiamo parlando dell’effetto Magnus.

L’effetto Magnus in fluidodinamica è un effetto fisico spiegabile tramite il teorema di Bernoulli che riguarda il moto dei corpi in aria e che, data una certa rotazione iniziale, induce i corpi a deviare da una traiettoria parabolica seguendo una particolare curva.

Pensate ai calci da fermo: vi è mai capitato di vedere segnare un gol direttamente da un calcio d’angolo? Il pallone si allontana in volo dalla linea di fondo campo per poi rientrare in prossimità del palo più lontano. Com’è fa il pallone a ruotare in questo modo?

Va precisato prima di tutto che per conferire l’effetto Magnus al pallone è necessario metterlo in rotazione. Se non è presente alcuna rotazione il pallone compirà un semplice moto parabolico, procedendo lungo una traiettoria che segue una retta nella propria componente orizzontale.

Se il pallone viene messo in rotazione, subentra una forza ulteriore oltre alla forza di gravità, responsabile della deviazione del pallone in aria. Quello che normalmente viene definito “Effetto” (o in quest’Europeo, “Tir a gir”).

Spieghiamo meglio l’effetto Magnus

A causa delle forze di attrito viscoso tra aria e pallone, quest’ultimo trascina con se l’aria che lo circonda: l’aria scorre così in maniera differente tra i due lati del pallone. Se il pallone non ruotasse, l’aria scorrerebbe con la stessa velocità sui due lati, ma poiché il pallone compie una rotazione da un lato l’aria scorrerà più lentamente rispetto all’altro, in cui scorrerà più velocemente.

In accordo con il Teorema di Beroulli, sappiamo che che a una velocità maggiore corrisponde una pressione minore. Si viene a creare dunque una differenza di pressione e di conseguenza una forza di spinta laterale, aggiungendo una componente orizzontale al moto del pallone.