研究によると、2014年のワールドカップのボールはそれほど予測不可能ではない

2014 年最大のスポーツイベントである FIFA ワールドカップブラジル大会まであと 6 か月を切りましたが、さまざまな疑問が投げかけられています。はスタジアム準備はできていますか？は空港群衆に備える準備はできていますか？

しかし、他の問題よりも重要な問題が 1 つあります。それは、カップ自体の運命に影響を与える可能性があります。それは、ボールが空中をどのように移動するかということです。

アディダスの新しいワールドカップボールの横には「Love me or Lose me」という文字が表示される --ブラズーカ-- 世界中の看板に。それらは読者にボールをありのままに受け入れるよう懇願しており、ブラズーカの先祖につきまとった論争、つまりジャブラニとチームガイストへの微妙なうなずきかもしれない。

1970 年以来、ワールドカップのボールはすべてアディダスによって製造されており、ボールのデザインとテクノロジーにおける最新の開発を紹介する理想的な機会となっています。 2006 年、彼らはチームガイストで標準からの根本的な脱却を図りました。伝統的に、サッカーボールは 32 枚のパネルを手作業で縫い合わせて作られています。チームガイストには 14 枚のパネルが熱で接着（熱結合）されており、その結果、前世代よりも「大理石のような」ボールが生まれました。

この変化は見た目の美しさだけではありませんでした。ボールを使用していた選手たちは飛行中に不安定な動作をすると訴えた。次のワールドカップ（2010年南アフリカ）に向けて、アディダスは熱接着パネルが8枚しかなかったジャブラニというボールを大幅に再設計した。残念なことに、ボールに対する批判は、むしろ4年前よりも大きかった。多くのコーチや選手はジャブラニを、予測不能に方向転換するビーチボールに例えました。

何か問題があった場合、何が間違っていたのでしょうか?そして、ポリウレタンパネルがわずか6枚しかない新しいボール、ブラズーカも同じ運命をたどるのだろうか？これまでのボールを対象としたバーブの多くは、その不自然な軽さについてコメントしており、そのため頻繁にビーチボールと比較されていますが、チームガイストとジャブラニは両方とも、最大質量制限の 445g をわずかに下回っています (下限は 420g)。

その斬新なデザインは、標準的なステッチボールとは 2 つの点で異なります。まず、パネルが少ないほど縫い目が短くなります。私自身の測定によると、32 パネルのサッカーボールの縫い目の長さは約 405 cm ですが、チームガイストでは 345 cm、ジャブラニでは 203 cm です。第二に、熱接着により継ぎ目のプロファイルが大幅に低くなりました。ジャブラニの表面と縫い合わせたボールをレーザースキャンしたところ、縫い合わせの深さがジャブラニの2倍以上であることが分かりました。このサッカーボールがビーチボールのように浮き上がるのは、軽いからではなく、滑らかだからです。

32 パネルでステッチされたサッカーボールとアディダスジャブラニの縫い目のレーザースキャンプロファイル。クレジット: John Hart、シェフィールドハラム大学スポーツ工学研究センター

空気が滑らかで滑らかな物体の上を流れるとき、空気はその上を完全に通過するまで表面に密着し、抵抗がほとんど生じません。ボールの上を流れる空気は異なる振る舞いをし、表面から分離し、ボールの後ろに低圧の領域、つまり後流を作成します。低圧領域は抗力を生み出し、ボールの速度を低下させます。低速では、空気の流れはスムーズ (層流) で早期に分離し、大きな後流と比較的高い抗力を生成します。速度が増加すると、空気はより混沌（乱流）になり、ボールに長くくっつくようになり、後流のサイズが小さくなり、抗力が低下します。

低速 (左) および高速の対気速度でのスケールモデルのサッカーボールの後ろの航跡。航跡の大きさの違いは明らかです。クレジット: Carre MJ、Goodwill SR、Haake SJ / Proc Inst Mech Eng Part CJ Mech Eng Sci.

重要なことに、サッカーボールの継ぎ目は空気を乱し、低速でボールが「低抵抗」になるのを助けます。完全に滑らかなボールはプレイ不可能です。高レベルの抗力はボールの挙動を根本的に変えるでしょう。さらに、特定の速度では、ボールはその表面のさまざまな領域で滑らかで混沌とした空気の流れを経験することがあります。その結果、非対称の後流により力の不均衡が生じ、ボールが特定の方向に押し出されます。クリケット選手や野球選手はこの効果を利用して、スイング、サッカーでは、効果は役に立たないほど低速で発生します。

下の画像は、32 パネルのボールの抗力の挙動を示しています。時速 60km 付近で低抗力に入ります。この時点では、無秩序またはスムーズに方向転換する方法はほとんど利用できません。サッカーにおける方向転換は、次のような原因によって発生します。ボールを回転させる。

32 パネルのサッカーボールの抗力 (抗力係数として測定) が対気速度によってどのように変化するか。クレジット: 浅井武、筑波大学、日本

2006年と2010年に問題を引き起こした種類のショットは、ボールにスピンがほとんどなかったため、フラットなものでした。ボールは予測不能に動いているように見え、突然方向を変えて方向を変えました。ボールが滑らかなため、ショットやフリーキック中に発生するボール速度によっては、無秩序またはスムーズな空気の流れが発生する可能性があります。さらに、低スピンによりボールに作用する力の方向が予想外に急速に変化し、飛行が不安定になります。これは、野球の「」と呼ばれる特定の投球に相当します。ナックルボール」。

この効果は他のサッカーボールでも発生する可能性がありますが、重要なのは、ジャブラニとチームガイストの滑らかさが向上したため、プレー中に通常経験される速度でより頻繁に発生するようになったということです。

新しい Brazuca も同じように動作するでしょうか?今回のワールドカップでこれほどの論争があってはいけない理由がいくつかあります。 Brazuca は前世代と同じ熱接着技術を使用していますが、縫い目はより深くなっています。これはボールを扱う際に明らかであり、レーザースキャンでは深さ 1.56 mm が示され、これは当社の 32 パネルボールより 50% 深く、ジャブラニよりも 3 倍深いです。

Adidas Brazuca のスキャンされた縫い目のプロファイルクレジット: John Hart、シェフィールドハラム大学スポーツ工学研究センター。

ブラズーカのパネルは 6 枚で、ワールドカップボールの中で最も少ないパネルです。ただし、縫い目の長さは327cmとジャブラニよりも長い。各パネル4本腕の風車に似ていますまた、以前のパネル設計に見られたような大きな領域の滑らかさがないため、無秩序またはスムーズな空気の流れの問題がさらに回避されます。

議論を締めくくるために、下の図は 32 パネルのサッカーボール、ブラズーカ、ジャブラニの空力性能を示しています。 Brazuca が 32 パネルのボールと非常によく似た動作をすることと、Jabulani が時速 90 km 近くになるまで低抗力にならないために、前述した混沌としたまたは滑らかな動作をする傾向があることに注目してください。