Bir topa vurup onu döndürerek yön değiştirmesini sağlamak ustalık gerektirir. Ancak bu hareketin arkasındaki fizik Magnus etkisi ile açıklanır.
Futbolcular, özellikle serbest vuruşlarda, rakip takımın savunma oyuncularının oluşturduğu barajı ve kaleciyi aşarak topu kalenin üst köşesine göndermek için topa havada yön değiştirecek şekilde vururlar. Bunun bir örneğini aşağıdaki görselde görebilirsiniz.
İlk bakışta bu sadece futbolcunun yeteneği gibi görünür. Ancak arka planda bazı fizik kuralları devreye girer.
Magnus Etkisi Nedir?
Bir top havada hareket ederken, çevresindeki hava akımları topun yüzeyine temas eder ve etrafından akar. Eğer top aynı anda dönüyorsa, bir tarafındaki hava akışı hızlanırken diğer tarafındaki hava akışı yavaşlar. Bu hız farkı, topun iki tarafında basınç farkı oluşturarak düşük basınçlı tarafa doğru bir kuvvetin oluşmasına neden olur.
Magnus etkisinin en etkileyici örneklerinden biri, 3 Haziran 1997’de Roberto Carlos’un 35 metreden attığı serbest vuruştur. Türbülans ve Magnus etkisinin birleşimi, Fransa kalecisi Barthez’in topu tutmasını neredeyse imkânsız hale getirmişti.
Bu vuruşun başarılı olmasındaki en kritik faktör topun hızıdır. Eğer hız yeterince yüksek olmazsa, topun yüzeyindeki sınır tabakasında türbülanslı akış oluşmaz ve Magnus etkisi zayıf kalır. Roberto Carlos’un şutunun hızı 100 kilometre/saatin üzerinde idi.
Hızın yanı sıra, topun havada geçirdiği süre de Magnus etkisinin oluşması açısından önemlidir. Türbülanslı tabakanın tam anlamıyla gelişebilmesi için topun yeterince uzun bir mesafe kat etmesi gerekir. Roberto Carlos’un serbest vuruşu yaklaşık 35 metre uzaklıktan yapıldı.
Eğer vuruş noktası çok yakın olsaydı, Magnus kuvveti topu yeterince saptırmazdı. Eğer çok uzak olsaydı, şutun gücü topun kaleye ulaşması için yeterli olmazdı. Bu mesafe mükemmel bir denge noktasıydı ve vuruşun başarısında büyük rol oynadı.
Ancak doğru mesafe tek başına yeterli değildir. Topun istenen falsoyu alması için doğru teknikle vurulması gerekir. Roberto Carlos, dış ayakla vurarak topun saat yönünün tersine dönmesini sağladı. Bu dönüş, Magnus etkisini tetikleyerek topun olağanüstü bir kavisle yön değiştirmesine neden oldu
Bu etki, ilk olarak 1671 civarında Sir Isaac Newton tarafından gözlemlendi. Daha sonra Benjamin Robins, dönen top mermilerinin bazen neden rotalarından saptığını anlamaya çalışırken aynı fenomenle karşılaştı. Ancak bu olgu, 1852’de Dr. Heinrich Magnus tarafından tanımlandığında adını aldı.
Magnus Etkisi Nasıl Gerçekleşir?
Hava ve su, akışkanlar olarak sınıflandırılır. Yani farklı nesnelerin etrafından akar ve nesnelerin içlerinden geçmesine izin verir. Akışkanlar, akım çizgileri olarak adlandırılan belirli yollar boyunca hareket eder. Bu çizgiler, akışkanın bir nesnenin etrafında nasıl yönlendiğini ve nasıl şekillendiğini gösterir.
Bernoulli prensibi, akışkanın hızı ile basıncı arasındaki matematiksel ilişkiyi tanımlar. İlk bakışta mantığa aykırı görünebilir, ancak temel fikir şudur: Yatay akış halindeki bir akışkanın hızının arttığı bölgelerde basınç azalır, hızın düşük olduğu bölgelerde ise basınç daha yüksektir. Bu prensip, Magnus etkisi ile bağlantılıdır.
Bir nesne bir akışkanın içinde hareket ettiğinde, etrafında sınır tabakası adı verilen ince bir hava veya sıvı katmanı oluşur. Bu tabaka, ana akışı nesneden ayırır ve yüzeye yakın bölgede akış hızının düşmesine neden olur.
Sınır tabakası iki farklı şekilde davranabilir. Akış çok sakin ve düzenliyse, laminer akış oluşur. Örneğin, musluğu çok az açtığınızda, su düzenli ve kesintisiz bir şekilde akar. Ancak, akış hızı arttıkça sınır tabakası türbülanslı hale gelir. Su daha hızlı aktığında, düzensiz hareketler oluşur ve su damlacıkları ana akıştan sapmaya başlar.
Bu noktada Magnus etkisi devreye girer. Dönen bir nesne, etrafındaki akışkanın hızını değiştirerek bir tarafında laminer, diğer tarafında türbülanslı akış oluşmasına neden olur. Bu dengesizlik, nesnenin hareket yönünü değiştiren bir kuvvet yaratır. Böylece futbol topunun havada yön değiştirmesi veya beyzbol topunun kavis alması gibi etkiler ortaya çıkar.
Bu kuvveti oluşturan bir basınç farkı vardır, ancak bu durum Bernoulli prensibinden farklı bir mekanizmaya dayanır. Burada, türbülansın etkisi belirleyici bir rol oynar.
Silindirler veya küreler gibi dönen nesnelerde, hava akışının arkasında türbülanslı sınır tabakası içinde küçük girdaplar meydana gelir. Bu türbülansın oluşturduğu asimetrik akış, nesnenin iki tarafındaki basıncı farklı hale getirir. Girdapların oluştuğu bölgede basınç daha düşüktür, bu da nesnenin hareket yönünde sapmasına neden olan bir kuvvet yaratır. İşte bu mekanizma, Magnus etkisini ortaya çıkaran temel fiziksel süreçtir.
Magnus Etkisi Sadece Futbolda Karşımıza Çıkmaz
Magnus etkisi, futbol, golf, basketbol, tenis, beyzbol, voleybol, masa tenisi ve kriket gibi dönen topların kullanıldığı birçok sporda kendini gösterir. Ancak bu etki, yalnızca sporla sınırlı değildir. Balistik, havacılık ve denizcilik gibi alanlarda da önemli bir rol oynar.
Örneğin, bazı uçak tasarımlarında kanat yerine dönen silindirler kullanılarak Magnus etkisinden kaldırma kuvveti elde edilmeye çalışılmıştır. Ancak bu konsept pratikte yeterince verimli olmadığı için yaygın bir kullanım alanı bulamamıştır.
Sporcular başarılı vuruşlarını yaparken bu fiziksel bilgileri mi kullanırlar, yoksa biraz da şansları mı yaver gider bilemeyiz. Ancak çok çalışma ile imkansızı başarmak mümkün gibi gözüküyor. Ayrıca spor ve fizik ile ilgili bir başka yazımıza daha göz atmanızı öneririz: Dick Fosbury: Fizik Sayesinde Dünya Rekoru Kıran Efsane Sporcu
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Football: aerodynamics of the perfect free kick; Yayınlanma tarihi: 28 Haziran 2016; Kaynak site: Conversation. Bağlantı: Football: aerodynamics of the perfect free kick
- Britannica, The Editors of Encyclopaedia. “Magnus effect”. Encyclopedia Britannica, 12 Mar. 2024, https://www.britannica.com/science/Magnus-effect. Accessed 19 June 2024.
- What Is The Magnus Effect?; Yayınlanma tarihi: 19 Ekim 2023. Kaynak site: Science ABC. Bağlantı: What Is The Magnus Effect?
- The Magnus effect: the physical principle feared by goalkeepers. Kaynak site: ZME Sceince. Yayınlanma tarihi: The Magnus effect: the physical principle feared by goalkeepers
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
