Ciencias

Ciencia del fútbol: leyes del movimiento de Newton, teorema de Pitágoras y más

Ciencia del fútbol: leyes del movimiento de Newton, teorema de Pitágoras y más

El fútbol es un deporte popular no solo en los EE. UU. Sino en todo el mundo. Inspirado en el fútbol y el rugby, este intenso juego de acción también implica mucha ciencia.

Desde lanzar la pelota, el vuelo de la pelota y correr en el campo hasta taclear a los portadores de la pelota, el juego ofrece una excelente oportunidad para comprender algunos de los conceptos importantes de la física.

RELACIONADO: ¿CUÁLES SON LAS FÍSICAS DETRÁS DE LAS BOLAS QUE BOTAN?

He aquí un intento de aclarar lo que sucede en el campo de fútbol desde la perspectiva de la ciencia.

Leyes del movimiento de Newton: lanzar y atrapar la pelota

Las leyes del movimiento de Newton son leyes fundamentales que gobiernan la relación entre el objeto y las fuerzas que actúan sobre él, y el movimiento resultante del objeto debido a estas fuerzas. Averigüemos cómo se aplican estas leyes a un juego de fútbol.

Primera ley de movimiento de Newton

La primera ley del movimiento de Newton o la ley de la inercia establece que un objeto en reposo permanece en reposo, y un objeto que está en movimiento permanece en movimiento en la dirección del movimiento a menos que sea actuado por una fuerza externa.

Cuando un mariscal de campo toma la pelota y la lanza hacia los receptores abiertos, la pelota volará en la dirección en la que la lanzó con una velocidad específica basada en la fuerza que aplicó al lanzamiento.

Según la primera ley del movimiento, si no hay otra fuerza sobre la pelota, seguirá viajando en la misma dirección a la misma velocidad, hasta que se aplique una fuerza externa.

Pero sabemos por nuestras experiencias que cuando arrojamos objetos, estos disminuyen gradualmente y se detienen después de cierto punto. El caso no es diferente para una pelota de fútbol.

Pero, ¿por qué sucede esto? ¿Por qué tiene que parar?

La razón por la que el fútbol deja de moverse es debido a la primera ley del movimiento. Si bien no ves ninguna fuerza externa actuando sobre el balón cuando el mariscal de campo lo lanza, todavía hay una fuerza que tira de cada objeto con masa hacia el centro de este planeta.

Esta fuerza se conoce como gravedad o fuerza gravitacional. Pero la gravedad no es la única fuerza que actúa sobre el balón.

Cuando lanza una pelota, también experimenta resistencia del aire, que es proporcional al cuadrado de la velocidad de la pelota y su área de sección transversal.

Estas fuerzas juntas evitan que la pelota continúe su vuelo a la misma velocidad y hacen que se detenga y caiga eventualmente.

Segunda ley del movimiento de Newton

La segunda ley del movimiento de Newton establece que la fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa del objeto multiplicada por su aceleración. Obtenga más información sobre la aceleración aquí.

Matemáticamente, esta ecuación se escribe como;

F = m x a

Por el contrario, si conocemos la fuerza aplicada sobre un objeto y su masa, podemos averiguar la aceleración causada por la fuerza. Por lo tanto, la ecuación se convierte en;

a = F / m

Puede utilizar esta ecuación para averiguar la aceleración que experimenta un balón de fútbol lanzado por un jugador en el campo.

La ecuación indica claramente que la aceleración de una pelota de fútbol es inversamente proporcional a su masa. Significa que cuando lanzas una pelota con la misma fuerza pero con una masa más pesada, la aceleración será menor.

Tercera ley del movimiento de Newton

La tercera ley establece que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Puede observar fácilmente este fenómeno en un juego de fútbol cuando un jugador intenta atrapar el balón pateado en el aire.

Cuando un jugador atrapa la pelota, ejerce una fuerza sobre el jugador y, a cambio, el jugador requiere ejercer una fuerza de igual magnitud pero en la dirección opuesta para hacer que la pelota descanse.

Otro excelente ejemplo de la tercera ley del movimiento de Newton en acción es cuando un jugador intenta taclear al oponente y limitar la cantidad de yardas que puede ganar. Cuando ocurre la colisión, ambos jugadores experimentan una fuerza igual y opuesta entre sí.

Matemáticamente, la ecuación se convierte en;

F12 = - F21

Donde F12 es la fuerza ejercida por el cuerpo 1 sobre el cuerpo 2, y F21 es la fuerza ejercida por el cuerpo 2 sobre el cuerpo 1. El signo menos indica que la fuerza está en la dirección opuesta.

Conservación del impulso: bloqueo y abordaje

La tercera ley del movimiento también introduce el concepto de conservación del impulso, en el que se demuestra claramente una colisión entre los dos jugadores de fútbol. El momento no es más que un producto de la masa de un objeto y su velocidad.

La ley de conservación de la cantidad de movimiento establece que, en un sistema aislado, cuando dos objetos con masa chocan con velocidades específicas, la cantidad de movimiento total de los dos objetos antes de la colisión es igual a la cantidad de movimiento de los dos objetos después de la colisión.

En otras palabras, el impulso perdido por un objeto lo gana otro, manteniendo constante el impulso total en el sistema. Este fenómeno juega un papel importante cuando un jugador está tratando de detener el avance del portador de la pelota.

Matemáticamente, la ecuación de la cantidad de movimiento se expresa como,

metro1 x v1 = - m2 x v2

Movimiento de proyectil: patear la pelota

No hay mejor deporte que el fútbol para demostrar el concepto de movimiento de proyectiles y parábolas.

Un proyectil es cualquier objeto lanzado o proyectado al aire, y la única fuerza que actúa sobre el objeto es la gravedad. Aunque, en la vida real, el vuelo de un proyectil también se ve afectado por otras fuerzas, como el viento y el arrastre que resulta de la resistencia del aire.

Cuando un pateador patea la pelota, se convierte en un proyectil y sigue una trayectoria curva conocida como parábola en matemáticas. Este movimiento curvo se debe a que la gravedad disminuye continuamente la velocidad de la pelota desde el momento en que el pateador la patea.

Cuando la pelota alcanza el punto más alto de su trayectoria, la velocidad del balón se vuelve cero y, a partir de ahí, comienza a caer rápidamente. Dado que la gravedad es constante, las dos variables que deciden la trayectoria del objeto son la velocidad y el ángulo desde el que se lanza el objeto.

El objetivo de un pateador es patear la pelota lo más lejos posible o, a veces, aumentar el tiempo de suspensión, y ahí es donde la ciencia del movimiento de proyectiles se vuelve útil.

La pelota viajará más lejos cuando el jugador patea la pelota en un ángulo de 45 grados. De manera similar, para lograr una gran altitud, un pateador debe intentar patear la pelota en un ángulo de 90 grados.

Teorema de Pitágoras: ángulo de persecución del defensor

El Teorema de Pitágoras establece que el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los otros dos lados de un triángulo rectángulo. Pero, ¿cómo se relaciona este teorema con el fútbol?

La respuesta está en calcular el ángulo de persecución, que es la distancia que debe cruzar el defensor para abordar a un portador de la pelota.

RELACIONADO: EL EFECTO MAGNUS: LA FÍSICA DETRÁS DE DOBLARLO COMO BECKHAM

Un jugador que puede encontrar el mejor ángulo de persecución tiene la mejor oportunidad contra un oponente. Al incorporar un poco de ciencia a la mezcla, los jugadores pueden obtener resultados considerables de su juego.

Conclusión

El fútbol es un deporte de alta energía observado por personas de todos los rincones del mundo. Sin embargo, no muchos se dan cuenta de la ciencia detrás de esto. Desde la dinámica del balón hasta el ángulo de la patada, todo en el fútbol tiene un lado científico.

La próxima vez que veas a tu equipo favorito sudando en el campo para llevar el balón hacia la zona de anotación del oponente, presta un poco más de atención a la dinámica del juego. Te sorprenderá encontrar la ciencia oculta.


Ver el vídeo: Tutorial, Teorema de pitágoras (Enero 2022).