Thử nghiệm vật lí cho thấy quả bóng World Cup mới thật sự không ổn

Mỗi bốn năm một lần, một quả bóng đá mới lại được thiết kế và sử dụng riêng trong các trận đấu World Cup. Và cứ mỗi bốn năm, các cầu thủ lại chỉ trích quả bóng mới.

alt

“Hơi buồn là World Cup lại có quả bóng có chất lượng tệ như vậy”, Iker Casillas thuộc đội Tây Ban Nha, một trong những đội đỉnh cao của thế giới, phát biểu với các nhà báo Tây Ban Nha sau khi bị xây xát trong một trận đấu. Các cầu thủ khác thì nói là quả bóng bay lạ quá và không thể đoán trước được.

Nhưng mùa giải này, các vận động viên đã có khoa học hậu thuẫn họ.

Các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản là những người đầu tiên độc lập kiểm tra các đặc điểm bay của quả bóng trên trong các đường hầm gió, để tìm bằng chứng rằng quả bóng mới thật sự bay thất thường hơn quả bóng "Teamgeist" 2006. Số liệu của họ cho thấy nó không luôn luôn mang lại “chuyển động bay hết sức ổn định” như hãng Adidas khẳng định.

Quả bóng “Jabulani” mới – do hãng Adidas giới thiệu hồi tháng 12 năm ngoái ở Nam Phi và được sử dụng đều đặn kể từ khi khai mạc mùa giải chính liên đoàn 2010 hồi tháng 3 - không phải là một quả bóng trắng đen truyền thống có 36 hình ngũ giác phẳng và các mảnh hình bát giác khâu lại với nhau.

Jabulani cấu tạo gồm tám miếng hình cầu kết lại với nhau mà không có đường khâu. Đã kiểm tra trên mô hình máy tính, các đường hầm gió, và trên sân vận động bởi các nhân viên Adidas tại một cơ sở ở Đức, và bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Loughborough, Vương quốc Anh, quả bóng trên, theo Adidas, “tròn một cách hoàn hảo” với sai số trong vòng chưa tới một phần trăm của một inch.

Cầu thủ người Anh Frank Lampard, người được Adidas đỡ đầu, mô tả nó là “một quả bóng rất khỏe, tha hồ đá”.

Nhưng một số kĩ sư thể thao khác đã từng nhìn vào quả bóng thì có xu hướng đồng ý với các thủ môn. Bề mặt của nó, họ nói, có vẻ nhẵn một cách đáng ngờ - bất chấp các đường rãnh các nhà thiết kế đã đưa vào vây xung quanh quả bóng.

“Có vẻ như các đặc điểm khí động học của Jabulani gần gần với một quả cầu nhẵn”, phát biểu của Takeshi Asai, một kĩ sư thể thao, người đã kiểm tra quả bóng mới tại Đại học Tsukuba ở Nhật Bản.

Nghe thì như phản trực giác, nhưng những quả bóng ráp nhám hơn có xu hướng ổn định hơn khi bay trong không khí.

“Nếu bạn có một quả bóng golf không có lỗ, bạn không thể nào đánh nó đi xa 100 yard được”, phát biểu của John Eric Goff thuộc Đại học Virginia ở Charlottesville. “Nếu quả bóng rỗ không có các vết khâu, bạn đừng hòng chiến thắng trong trận đấu”.

Đó là vì sự gồ ghề trên bề mặt tạo ra các xoáy cuộn xung quanh một quả cầu chuyển động ở tốc độ cao – các xoáy không khí bám lấy nó và làm ổn định nó. Khi một quả cầu chậm xuống tới một tốc độ tới hạn, thì dòng không khí trở nên phẳng lặng hay “chảy thành lớp” vì các đường dòng trở nên song song. Sự chuyển từ chuyển động xoáy sang chế độ chảy thành lớp này, với sự gồ ghề có tác dụng kháng lại, làm cho quả cầu thay đổi tốc độ; đó là cơn ác mộng của các thủ môn và giúp các chân sút đưa bóng vào trong khung thành.

Hàng thập kỉ nghiên cứu chứng tỏ rằng những biến thiên nhỏ nhất trên bề mặt có thể có một hệ quả lớn. Năm 2008, Goff nhận thấy các mặt sắc hơn trên một quả bóng đá truyền thống giúp lái dòng không khí sang chế độ xoáy ở những tốc độ thấp. Ngay cả bề rộng của các rãnh trên bề mặt quả bóng cũng đã được chứng tỏ là làm thay đổi dòng không khí.

Thiết kế của quả bóng trên thật sự có thể giúp nó bay đi xa hơn ở những tốc độ cao, theo các kiểm tra đường hầm gió thực hiện bởi Kazuya Seo thuộc Đại học Yamagata ở Nhật Bản, người có nghiên cứu được sự ủng hộ của nhà sản xuất thiết bị thể thao Molten USA. Khi đá đi ở tốc độ 45-70 dặm/giờ - tốc độ tiêu biểu thực hiện bởi các cầu thủ chuyên nghiệp – quả bóng trên cảm nhận ít sự kéo theo các quả bóng trước và thật sự bay xa hơn vài ba mét.

Những các kiểm tra của ông cũng cho thấy khi quả bóng trên chậm đi, thì hành vi của nó trở nên giống với một quả cầu nhẵn hơn so với các quả bóng World Cup trước đây. Ở ngay dưới mức 45 dặm/giờ, dòng chuyển động xoáy trở thành chuyển động thành lớp và quả bóng đột ngột cảm nhận lực kéo theo nặng nề tác dụng phanh nó lại.

“Các hậu vệ muốn đón lấy quả bóng sẽ phải chờ lâu hơn”, Seo nói. “Cầu thủ nào đã quen với quả Geist [2006] có thể bị mất kinh nghiệm định thời gian của mình”.

Asai tìm thấy một vấn đề tiềm tàng khác nữa với Jabulani trong các đường hầm gió: chuyển động quay tròn của nó.

Các quả bóng đang quay tròn chịu một lực hướng sang bên như đã được nhận ra cách đây 300 năm bởi Isaac Newton, người phát biểu rằng một bên của quả bóng tennis dường như “đập vào không khí lân cận mạnh hơn so với phía bên kia”. Đây được gọi là hiệu ứng Magnus, và nó xảy ra vì một quả cầu đang quay tròn tạo ra một áp suất ở một phía lớn hơn ở phía bên kia.

Theo phép đo của Asai, lực hướng sang một bên này trên quả bóng Jabulani thăng giáng nhiều hơn lực tác dụng lên quả bóng World Cup 2006, nên có thể làm cho nó bị lệch vào những quỹ đạo không thể đoán nổi và giúp giải thích các phản ứng từ phía các thủ môn.

Xét hết những tác động khác có liên quan trong World Cup – từ các sân bóng ở độ cao lớn cho đến các hiệu quả làm việc không đồng bộ của các cầu thủ - không rõ những khác biệt này ở quả bóng có đủ để ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng hay không.

Cuối cùng, theo Tim Chartier, một nhà toán học tại trường Davidson College ở gần Charlotte, việc trình làng quả bóng mới hơi giống như Microsoft kiểm tra một phiên bản mới của Windows trên thị trường sau hàng tháng sửa chữa trong phòng thí nghiệm.

“Các cầu thủ World Cup sẽ đá quả bóng ấy liên tục và liên tục”, Cartier nói. “Họ sẽ tìm thấy những con rệp vô hình ấy”.