Vì sao quả bóng World Cup năm nay có thể không bay xa như trước

Giải vô địch bóng đá thế giới FIFA World Cup sắp tới sẽ được tổ chức tại Mỹ, Canada và Mexico với nhiều điểm mới. Đây là giải đấu có số đội tham dự nhiều nhất từ trước đến nay. Đây cũng là lần đầu tiên giải đấu được tổ chức tại ba quốc gia chủ nhà khác nhau. Và, giống như các kỳ World Cup trước đây trong hơn nửa thế kỷ qua, giải đấu này sẽ sử dụng một quả bóng đá với thiết kế hoàn toàn mới. Một nhóm các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm vật lý của các quả bóng World Cup trong 20 năm qua, gần đây đã nghiên cứu mẫu bóng mới này, có tên là Trionda. Được sản xuất bởi Adidas, Trionda có bốn tấm màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương được tạo vân với các rãnh sâu và các biểu tượng lá phong, đại bàng xanh và ngôi sao để đại diện cho ba quốc gia chủ nhà. Thông qua các thí nghiệm trong hầm gió, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng quả bóng này có những cải tiến so với các phiên bản trước, nhưng những cú sút xa có thể không đi được xa như trước đây. Ông John Eric Goff, thành viên nhóm nghiên cứu, người nghiên cứu vật lý thể thao và là giáo sư thực hành kỹ thuật sắp tới tại Đại học Purdue, cho biết: “Hình dung đơn giản là Trionda có thể hơi hạn chế khoảng cách cực xa, nhưng nó sẽ phát huy hiệu quả kỹ thuật sạch và đường bay ổn định. Các thủ môn, hậu vệ thực hiện những đường chuyền dài và những cầu thủ sút xa là những vị trí mà tôi sẽ tìm kiếm sự khác biệt rõ rệt đầu tiên”. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng hầm gió để nghiên cứu quả bóng Trionda tại Đại học Tsukuba. TAKESHI ASAI, SUNGCHAN HONG VÀ RICHONG LIU. Adidas đã thiết kế những quả bóng mới cho mỗi kỳ World Cup kể từ những năm 1970. Một số thay đổi về thiết kế trong vài thập kỷ đầu mang tính thẩm mỹ: Quả bóng năm 1986 có đồ họa lấy cảm hứng từ các đền thờ Aztec cho giải đấu ở Mexico, và quả bóng năm 1994 có đồ họa không gian để kỷ niệm 25 năm ngày con người đặt chân lên mặt trăng. Cũng có một số khác biệt về cấu trúc, chẳng hạn như lõi xốp được nâng cấp và khả năng chống nước được cải thiện. Nhưng nhìn chung, các quả bóng vẫn sử dụng cùng một thiết kế gồm 32 tấm hình ngũ giác được khâu lại với nhau. Điều đó đã thay đổi tại World Cup 2006 ở Đức, khi Adidas giới thiệu quả bóng +Teamgeist. Nó chỉ có 14 tấm cong, được dán nhiệt thay vì khâu. Ông Goff cho biết, thiết kế này giúp ngăn hơi ẩm xâm nhập để quả bóng không bị nặng hơn trong suốt trận đấu. Chính vào khoảng thời gian này, ông bắt đầu nghiên cứu về bóng đá. Trong những năm sau đó, ông và các đồng nghiệp đã theo dõi những thay đổi khi Adidas phát hành những quả bóng với các kết cấu bề mặt khác nhau và thậm chí ít tấm hơn – những thay đổi thiết kế đủ đáng kể để ảnh hưởng đến lối chơi. Chuyển động trong không khí Ông Goff sớm phát hiện ra rằng bằng cách phân tích dữ liệu quỹ đạo của quả bóng, ông có thể suy ra hệ số cản của nó – một con số xác định lực cản không khí mà nó gặp phải giữa không trung ở một tốc độ nhất định. Ngay sau đó, ông bắt đầu làm việc với một nhóm ở Nhật Bản để phân tích cách hành vi bay của quả bóng World Cup thay đổi theo từng thiết kế mới. Ông Takeshi Asai, giáo sư tại Đại học Tsukuba, người tham gia các thí nghiệm, cho biết: Các thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Tsukuba ở Nhật Bản đã được duy trì nhất quán trong nhiều năm vì “duy trì tính liên tục là quan trọng để so sánh dữ liệu mới với các bộ dữ liệu lịch sử”. Các thí nghiệm bao gồm việc gắn quả bóng vào một thanh kim loại nối với một thiết bị gọi là cân lực, đo các lực khí động học như lực cản và lực nâng khi quả bóng tiếp xúc với cùng tốc độ gió mà nó sẽ gặp phải trong một trận đấu bóng đá thực tế – từ 7 đến 35 mét mỗi giây. Nhóm nghiên cứu thử nghiệm quả bóng ở nhiều hướng khác nhau, “nhưng chỉ có thể thực hiện một vài lần vì quả bóng Trionda có giá 170 USD,” Goff cho biết, và mỗi thử nghiệm mới đều làm hỏng quả bóng. Các thí nghiệm cho thấy cách hệ số cản thay đổi theo tốc độ, và Goff sau đó viết mã để mô phỏng quỹ đạo tổng thể của quả bóng khi nó bay trong không khí. Phân tích của nhóm đã chỉ ra cách các quả bóng World Cup gần đây đã phát triển kể từ quả bóng Jabulani tám mảnh cho sự kiện năm 2010. Quả Jabulani đã phải đối mặt với nhiều lời chỉ trích từ các cầu thủ—đặc biệt là các thủ môn, những người nói rằng nó có quỹ đạo khó đoán, “rơi một cách bất ngờ,” như một cầu thủ đã nói với tờ Guardian. ALAMY ADOBE STOCK TAKESHI ASAI, SUNGCHAN HONG, RICHONG LIU Quả bóng Jabulani năm 2010 (trái) có tám mảnh và bề mặt nhẵn, dẫn đến hiệu suất không thể đoán trước. Các quả bóng sau này, như Brazuca năm 2014 (giữa) và Trionda năm nay (phải) có ít mảnh hơn nhưng bề mặt thô ráp hơn. Quả bóng có một khuyết điểm chính: Nó quá nhẵn. Mặc dù hệ số cản của nó tương đối thấp ở tốc độ cao, nhưng một khi quả bóng giảm tốc độ đến một điểm nhất định, hệ số cản sẽ tăng lên, khiến nó mất tốc độ khá nhanh và hoạt động như các cầu thủ năm 2010 đã phàn nàn. Sự chuyển đổi đột ngột này—được gọi là khủng hoảng cản—xảy ra ở tốc độ cao hơn đối với các quả bóng nhẵn hơn, nhưng với kết cấu bổ sung như đường may và rãnh, sự chuyển đổi có thể được tránh cho đến khi quả bóng đạt tốc độ thấp hơn. Điều này cho phép quả bóng di chuyển xa hơn và nhìn chung hoạt động theo cách dễ đoán hơn trong các trận đấu thông thường. “Đó là lý do tại sao bóng golf có vết lõm và bóng chày có 108 đường khâu kép đẹp mắt. Nếu những đặc điểm thô ráp đó không có trên những quả bóng đó, bạn sẽ không đạt được khoảng cách như bạn thấy bây giờ khi những quả bóng đó được ném hoặc đánh,” Goff nói. “Phải có một loại độ nhám nào đó trên quả bóng để dịch chuyển sự chuyển đổi này sang tốc độ nhỏ hơn.” Các rãnh mới Các thiết kế tiếp theo đã có thể đẩy khủng hoảng cản xuống tốc độ thấp hơn, theo phân tích của Goff và các đồng nghiệp. Ví dụ, quả bóng Brazuca được sử dụng vào năm 2014 chỉ có sáu mảnh, nhưng tổng chiều dài đường may của chúng dài hơn nhiều, làm tăng độ thô ráp của bề mặt. Và quả bóng Trionda năm nay chỉ có bốn mảnh, nhưng mỗi mảnh cũng có ba rãnh sâu để tăng thêm kết cấu. Tuy nhiên, có một sự đánh đổi đối với độ thô ráp này. Mặc dù Goff và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng quả bóng Trionda trải qua khủng hoảng cản ở tốc độ chậm nhất kể từ năm 2010, nhưng hệ số cản của nó cũng cao hơn so với các quả bóng khác ở tốc độ cao. Điều đó có nghĩa là mặc dù sự thay đổi đáng kể nhất không xảy ra cho đến khi quả bóng di chuyển khá chậm.