La fisica del pallone da calcio

La litania di lamentele che accompagna ogni nuovo pallone creato in occasione dei mondiali è una cosa a cui ormai siamo abituati. Capire se siano fondate o se il presunto comportamento irregolare della sfera non sia invece un alibi inventato da portieri scarsi e da attaccanti imprecisi, però, non è ovvio. La fisica di un pallone da calcio è infatti piuttosto complicata.

Le caratteristiche fisiche del pallone sono stabilite dalla FIFA: circonferenza tra i 68 e i 70 cm, peso tra i 410 e i 450 grammi, pressione dell’aria tra 0,6 e 1,1 atmosfere. Per cui, uno si aspetterebbe una certa uniformità di comportamento. Il problema è che il materiale di cui è fatto il pallone cambia molto la risposta alle sollecitazioni. Per esempio, un pallone meno deformabile dissipa meno energia quando viene calciato. Inoltre, anche se non ci pensiamo, il pallone viaggia in un fluido (l’aria) e questo fatto finisce per avere un effetto importante sulle traiettorie.

Intanto, l’aria oppone resistenza, e venire a capo della cosa è un po’ un rompicapo. L’effetto frenante dipende non solo dalla velocità del pallone, ma anche dalla rugosità della superficie. E, contrariamente all’intuizione, non è detto che un pallone molto liscio viaggi con minore resistenza. Non conta solo l’attrito dell’aria sulla superficie, infatti, ma anche la formazione o meno di turbolenze alle spalle del pallone. In generale, se la superficie è un po’ rugosa, le cose tendono ad andare meglio: il pallone è più stabile e frena di meno alle alte velocità (è per questo che le palline da golf hanno la superficie coperta di avvallamenti). Ma uno può sbizzarrirsi a inventare strane combinazioni di solchi che migliorino il comportamento aerodinamico.

Poi, però, c’è il famigerato effetto Magnus. È l’effetto che fa curvare il pallone quando gli si imprime un moto rotatorio (uno spin). La rotazione fa sì che il flusso dell’aria viaggi intorno al pallone a velocità diverse su lati opposti; ciò crea una differenza di pressione che fa curvare la palla (per un meccanismo simile a quello che spinge le ali degli aerei verso l’alto). Per esempio, se calciamo il pallone con l’esterno destro, facendolo ruotare in senso orario (guardando il pallone dall’alto), il pallone curverà verso destra.

Ora, il problema è che l’effetto Magnus e la resistenza dell’aria, messi insieme, portano a comportamenti non sempre facili da prevedere. Per esempio, quando il pallone rallenta, l’effetto Magnus tende a prendere il sopravvento, cosa che può farlo spostare improvvisamente proprio negli ultimi metri della traiettoria, anche di 4 o 5 metri rispetto alla direzione iniziale.

L’unico modo per capire come entrano in gioco questi effetti è provarli. Ormai, la progettazione di un pallone somiglia ai test aerodinamici di una macchina da Formula 1, con tanto di galleria del vento, sensori per tracciare le traiettorie, e robot che ripetono un calcio infinite volte esattamente nello stesso modo. Ecco, forse il punto è questo: nella realtà del campo, un tiro non è mai uguale a un altro, e istintivamente un bravo calciatore riesce ad adattarsi meglio di un computer alle caratteristiche di un nuovo pallone. Lamentarsi serve a poco: alla fine, è tutta questione di allenamento.