by Bóng đá không đơn giản chỉ là vinh quang của kể chiến thắng hay sự luyến tiếc của người bại trận, mà thực sự bóng đá quan trọng hơn thế nhiều, nó là một điều kỳ diệu
Khi trận đấu rơi vào thế bế tắc, những cú sút phạt, sút xa nhiều khi có thể là chìa khoá mở cửa đến thành công. Tên tuổi của nhiều cầu thủ đã trở thành bất tử nhờ những cú sút phạt đầy ấn tượng. Bàn thắng đến từ những pha sút phạt, sút xa thường gây được ấn tượng mạnh, in sâu trong tâm trí người hâm mộ, bởi nó thường rất ngoạn mục, tạo ra sự bùng nổ và đột phá...
Vậy nhưng tại EURO 2004, chúng ta không mấy khi được thăng hoa cùng những quả sút phạt, những cú sút xa. Ngay cả tại COPA -AMERICA, hàng chục trận đấu trôi qua, hiệu suất trung bình các cú sút phạt trực tiếp đem lại bàn thắng vẫn rất thấp (chưa đầy 0,1 bàn/trận). Điều gì đã xảy ra với những chân sút hàng đầu thế giới hiện nay? Lý do đầu tiên mà các cầu thủ lên tiếng lại nhằm vào trái bóng Roteiro. Họ cho rằng bóng mới bay với quỹ đạo khó lường, cho dù vẫn thực hiện chính xác các kỹ năng. Tuy nhiên, nếu nhìn những cú sút Totti ở cuối trận Italia gặp Đan Mạch, hay nhiều cú sút trúng hàng rào của Van Hooijdonk ở góc rất rộng, cự ly thuận lợi, chúng ta sẽ thấy rằng nguyên do không hoàn toàn nằm trong ở trái bóng. R.Koeman, cầu thủ Hà Lan được cả thế giới biết đến với những pha làm bàn thần sầu từ tính huống bóng tĩnh, lý giải: “Tôi cho rằng kỹ năng thực hiện những cú sút bóng không thế nhanh chóng mất đi. Vấn đề nằm ở sự tự tin, khi bạn đứng trước quả sút phạt mà thiếu đi niềm tin, bạn sẽ không thể thành công. Thể trạng cũng đóng vai trò quan trọng, khi đôi chân quá mệt mỏi, bạn sẽ không thể vẽ được những quỹ đạo lạ lùng cho đường bay của trái bóng. Cuối cùng là một chút may mắn.”
Và có lẽ chính những thời điểm “khan hiếm” như vậy là lúc mà rất, rất nhiều fan hâm mộ “hồi tưởng" lại cú sút phạt trực tiếp “trong mơ" của Roberto Carlos trong trận đấu giữa Pháp và Brasil tại giải Tứ hùng ở Pháp, năm 1998...
Đó là một khoảnh khắc lịch sử của bóng đá thế giới: Cả khán đài lặng im và chờ đợi. Điểm sút phạt ở cách khung thành 30m và hơi chếch về bên phải. Carlos đá bóng lệch hơi xa về phía bên phải nên nó vượt thắng qua hàng rào hậu vệ ở khoảng cách 1m .
Sau đó, dường như có phép thuật, một cách ma quái, trái bóng bay ngoặt về bên trái, bắn thẳng vào góc chết khung thành trước sự kinh ngạc của tất cả các cầu thủ, thủ môn và những khán giả trực tiếp chứng kiến.
Từ rất lâu trước đó, Carlos đã tập luyện cú sút “lá bàng rơi" này suốt những thời gian trên sân tập của CLB Inter Milan cũng như của Đội tuyển quốc gia. Bằng trực giác nhạy cảm và kinh nghiệm của một chân sút chuyên nghiệp, Carlos đã biết làm thế nào để tác động lên quả bóng một lực rất lớn và một mômen quay đặc biệt. Anh ta có thể không hề biết và cũng không cần quan tâm rằng thực sự điều gì đã tạo nên những cú sút đầy uy lực của mình, nhưng vật lý vẫn đứng đằng sau tất cả những huyền thoại đó.
Khí động lực học của trái bóng tròn
Sự giải thích đầu tiên về sự lệch hướng trong chuyển động của một vật quay đã được đưa ra bởi Lord Rayleigh cùng với nhà vật lí người Đức Gustav Magnus vào năm 1852. Magnus thực tế đã cố gắng tìm ra nguyên nhân tại sao những vật quay như viên đạn lại bay lệch sang một bên, nhưng sự giải thích đó chỉ phù hợp với những vật hình câu. Hơn nữa, những cơ chế căn bản trong chuyển động của một quả bóng xoáy của môn bóng đá gần như giống hoàn toàn trong những môn thế thao khác như bóng chày, golf, cricket và tennis.
Nghiên cứu một quả bóng đang quay quanh một trục vuông góc với dòng không khí thổi qua nó (hình trên). Không khí chuyển động tương đối nhanh hơn tại phần mặt ngoài vỏ bóng có cùng hướng chuyển động với khối tâm. Điều này làm giảm áp suất tại phần mặt ngoài đó của qủa bóng, tuân theo đúng định luật Bernoulli . Còn ở mặt đối diện, vận tốc tương đối của không khí giảm, áp suất tại đó tăng lên. Chênh lệch áp suất dẫn đến xuất hiện lực tác dụng lên quả bóng, làm cho nó bị lệch hướng chuyển động. hoặc như Thomson đã phát biểu vào năm 1910, " quả bóng đuổi theo cái mũi của nó !!!". Hiện tượng lệch sang một bên trong khi bay của quả bóng được gọi là hiệu ứng Magnus.
Lực tác dụng lên một quả bóng xoáy đang bay trong không khí một cách tổng quát được chia làm hai thành phần: lực cản và lực làm lệch. Lực cản làm giảm vận tốc của quả bóng trong khi chuyển động. Lực làm lệch, kết quả của sự chênh lệch áp suất, làm cong quỹ đạo của quả bóng. Ta hãy cùng thử ước lượng lực tác dụng lên một quả bóng được sút xoáy. Giả sử rằng vận tốc bóng là 90 –120 km/h và nó quay được khoảng 8-10 vòng trong một giây, khi đó lực làm lệch vào khoảng 3,5 N. Trong thực tế một quả bóng đạt tiêu chuẩn thi đấu quốc tế có khối lượng 410 - 450 g có nghĩa là bóng sẽ có một gia tốc vào khoảng 8m/s2. Và với quãng đường bay trong một giây là 30 m, gia tốc đó có thế làm quả bóng lệch một đoạn dài 4m so với đường sút bóng ban đầu. Quá đủ để gây khó khăn cho bất cứ thủ môn xuất sắc nào.
Lực cản tác dụng lên quả bóng tăng dần khi vận tốc v tăng. Giả sử khối lượng riêng không khí ρ , tiết diện vuông góc A của quả bóng là không đổi, ta có lực cản: FD = 1/2(CDρAv2).
Trong đó hệ số cản CD, phụ thuộc vào vận tốc của quả bóng. Ví dụ như khi chúng ta vẽ biểu đồ của hệ số cản phụ thuộc vào số Reynold - một đại lượng không thứ nguyên có giá trị ρvD/µ, trong đó D là đường kính của quả bóng và µ là hệ số nhớt của không khí - chúng ta nhận thấy rằng hệ số cản đột ngột giảm xuống khi dòng khí quanh quả bóng thay đổi từ chuyển động thành lớp sang chuyển động cuộn xoáy. Khi dòng khí chuyển động thành lớp thì hệ số cản là tương đối cao, lớp không khí bao quanh quả bóng trên bề mặt cũng tách khỏi nhau như là khi nó chảy ở xa quả bóng, tạo một cuộn xoáy ở đằng trước. Tuy nhiên, khi dòng chảy bị xáo trộn, lớp không khí bao quanh bị giữ lại lâu hơn. Điều này tạo ra sự chậm phân lớp sau đó và làm giảm hệ số cản.
Số Reynold tại các điểm trên đồ thị nơi hệ số cản giảm phụ thuộc vào phẩm chất bề mặt của bóng. Thí dụ như qủa bóng golf, có nhiều lỗ nhỏ, thực sự là rất xù xì nên thông số Reynold nhỏ ( cỡ 2.104). Một quả bóng đá, dĩ nhiên là nhắn hơn bóng golf và có hệ số Reynold cao hơn hẳn (Cỡ 4.105).
Kết luận cho tất cả những lập luận trên là một quả bóng chuyển động chậm nhận được một lực cản tương đối khá lớn. Nhưng nếu bạn có thể đá quá bóng với một lực đủ mạnh để lớp không khí quanh nó bị quấy động, quả bóng chịu tác dụng của lực cản tương đối rất nhỏ. Như vậy, một quả bóng bay rất nhanh sẽ gây ra hai khó khăn lớn cho thủ môn – Nó không chỉ có vận tốc lớn, mà còn có đường bay rất bất thường và kỳ dị. Có lẽ trực giác của một thủ môn giỏi hiểu về vật lí nhiều hơn những gì anh ta tưởng.
Vào năm 1976, Peter Bearman và các đồng nghiệp ở Đại học hoàng gia London, đã thực hiện một loạt các thí nghiệm kinh điển với bóng golf. Họ nhận thấy rằng việc tăng tốc độ quay của quả bóng tạo ra lực làm lệch lớn hơn và cũng nhận được một lực Magnus lớn hơn. Tuy nhiên, việc tăng vận tốc quay đến một giới hạn nào đó lại làm giảm lực làm lệch.
Điều đó cũng có nghĩa là một quả bóng chuyển động với tốc độ chậm và quay thật nhanh sẽ chịu một lực làm lệch lớn hơn so với quả bóng có tốc độ lớn và cùng tốc độ quay. Vì thế khi quả bóng rơi xuống ở cuối quỹ đạo của nó, đường bóng trở nên khó đoán trước.
Roberto Carlos, "nhà Vật lý thiên tài” của bóng đá thế giới
Tại sao tất cả những điều được nói ở trên có thể giải thích cho cú sút của Carlos? Mặc dù chúng ta không hoàn toàn chắc chắn, nhưng những lập luận dưới đây có thể là sự giải thích “đẹp đẽ nhất cho các hiện tượng mà chúng ta quan sát được.
Carlos đá quả bóng bằng má ngoài chân trái để làm nó xoáy ngược chiều kim đồng hồ khi anh ta nhìn từ trên xuống. Bề mặt quả bóng khô ráo nên tốc độ quay mà quả bóng được truyền cho là tương đối lớn, khoảng chừng 10 vòng trên một giây. Sử dụng má ngoài giúp cho anh ta đá quả bóng rất mạnh, rất có thể tốc độ lên đến 120km/h. Không khí trên bề mặt quả bóng bị nhiễu động, khiến cho lực cản tác dụng lên nó giảm một cách đáng kể. Có thể khi bay được 10 m (tại vị trí hàng rào hậu vệ) vận tốc bóng giảm xuống đến giới hạn để các dòng không khí xung quanh nó phân thành từng lớp. Do vậy đã làm tăng một cách đáng kể lực cản của không khí tác dụng lên bóng, khiến cho vận tốc của nó giảm nhanh hơn. Điều này cho phép lực Magnus làm lệch mạnh đường bóng đến khung thành. Giả thiết rằng tốc độ quay của quả bóng không giảm nhiều, khi đó lực cản tăng dần.
Nó làm cho lực làm lệch manh hơn và bóng sẽ lệch xa hơn. Cuối cùng, khi bóng chuyển động chậm hắn lại, đường bóng bị uốn cong mạnh và bắn thẳng vào lưới.
Kỹ thuật sút bóng.
Một điều dễ nhận thấy mà mọi cầu thủ đá bóng đều biết: nếu bạn sút quả bóng bằng mu bàn chân của mình có nghĩa là đường chân sút đi qua trong tâm của quả bóng thì nó sẽ bay theo một đường thẳng. Tuy nhiên, nếu bạn chạm quả bóng ở phần bên của bàn chân với góc giữa cẳng chân và bàn chân là 90° thì quả bóng sẽ lệch trong khi bay. Trong trường hợp đó va chạm giữa chân và bóng là lệch tâm. Đó là nguyên nhân mà lực sút đã tạo ra một mômen lực, truyền cho bóng một mômen quay.
Những kết quả thí nghiệm cho thấy mômen quay mà quả bóng nhận được cũng phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa bóng và bàn chân, phụ thuộc vào vị trí điểm tiếp xúc bóng đối với khối tâm. Cụ thể là quả bóng sẽ nhận được mômen quay lớn hơn, nếu tăng hệ số ma sát giữa quả bóng và bàn chân và vị trí chạm bóng nằm cách xa khối tâm hơn. Hai hiệu ứng thú vị khác cũng đã được quan sát.
Trước hết nếu đường sút bóng càng xa khối tâm, thì bàn chân va chạm với quả bóng trong một thời gian ngắn hơn và trên một tiết diện nhỏ hơn, và kết quả là cả mômen quay và vận tốc mà quả bóng nhận được sẽ nhỏ hơn. Bởi vậy nên mới có một vị trí tốt nhất để đá quả bóng nếu bạn muốn nó nhận được mômen quay lớn nhất: nếu bạn đá quả bóng quá gần hoặc quá xa trọng tâm của nó thì quả bóng sẽ chẳng nhận được “một chút" mômen quay nào.
Thứ hai là ngay cả khi hệ số ma sát bằng không, quả bóng vẫn nhận được một ít mômen quay nếu bạn đá nó lệch tâm. Tuy nhiên, trong trường hợp này không có ngoại lực nào tiếp tuyến với chu vi của quả bóng (vì hệ số ma sát bằng không), vì thế quả bóng biên dạng theo phương xuyên tâm, đó là nguyên nhân xuất hiện lực tác dụng theo phương tiếp tuyến với quả bóng. Vì thế nên hoàn toàn có thể làm quả bóng xoáy mạnh trong một ngày trời mưa, mặc dù mômen quay nhận được là nhỏ hơn nhiều nếu trời khô ráo.
Dĩ nhiên, các phép phân tích trên cũng có hạn chế là ảnh hưởng của không khí xung quanh quả bóng đã được bỏ qua, và ta cũng đã giả thiết rằng không khí bên trong quả bóng “xử sự như một mô hình chất lỏng nhớt và chịu nén. Ta cũng đã giả thiết rằng bàn chân đồng nhất một cách lý tưởng, mặc dù thực tế là bàn chân có cấu tạo phức hơn rất nhiều.
Tiếng còi chung cuộc, cầu thủ trở thành nhà vật lý
Như vậy chúng ta có thể học tập được gì từ Roberto Carlos ? Nếu bạn đá quả bóng đủ mạnh để không khí bên ngoài nó bị nhiễu động, thì lực cản sẽ giảm xuống và quả bóng sẽ bay theo một quỹ đạo phức tạp. Nếu bạn muốn quả bóng xoáy, hãy truyền cho nó “thật nhiều mômen quay bằng cách đá lệch tâm. Điều đó thật dễ dàng trong một ngày khô ráo hơn là trong một ngày mưa ẩm ướt, nhưng thực ra vẫn còn những điều kiện khác phải xem xét. Quả bóng sẽ xoáy “đẹp" nhất khi nó chuyển động trong dòng khí phân lớp, nên bạn phải luyện tập dần tất cả các tình huống, Ví dụ ngay sau khi quả bóng vượt qua hàng rào, hay khi nó bay sát mặt sân. Trong điều kiện trời ẩm ướt, bạn vẫn có thể làm cho bóng xoáy, nhưng tốt hơn hết là bạn hãy lau khô quả bóng (và cả giầy nữa!!).
Gần một thế kỷ trước, JJ Thomson đã có một bài giảng tại Đại học Hoàng gia London về chuyển động của quả bóng golf. Theo ông: " Nếu chúng ta có thể chấp nhận các giải thích phong phú về cách “xử sự của quả bóng đã được đưa ra, và đã được thu thập xung quanh các trận đấu. Tôi sẽ đem lại cho các bạn, trong buổi tối hôm nay, một phương pháp động lực học hoàn toàn mới, nhưng các bạn sẽ thấy rằng, chuyển động của quả bóng mà chúng ta cảm nhận được dường như tuân theo những định luật hoàn toàn khác với những gì mà chúng ta được biết trên lý thuyết.” Những nghiên cứu về bóng đá có thể còn tiếp tục và kéo dài, nhưng điều đó không ngăn cản chúng ta ngừng giây phút tuyệt vời bên màn hình tivi và tận hưởng khoảnh khắc kỳ diệu của những pha làm bàn tưởng chừng rất “phi vật lý" và viễn tưởng.
Dương Tử Anh (T.p Hồ Chí Minh)
0 Comments: