Effetto Magnus

L'effetto Magnus in fluidodinamica è un effetto fisico dovuto al teorema di Bernoulli che riguarda il moto dei corpi nell'aria e che, data una rotazione iniziale, induce i corpi a deviare da una traiettoria parabolica seguendo una particolare curva.

 

Come promesso al termine della precedente lezione vogliamo ora dedicarci ad alcune conseguenze fisiche del teorema di Bernoulli. Partiamo dall'effetto Magnus, il principio fisico che per esempio è alla base del cosiddetto effetto nel moto di un pallone nel calcio o di una pallina da tennis.

 

Premettiamo che si tratterà di una lezione leggera e che non ci soffermeremo su alcuna formula dell'effetto Magnus, poiché la trattazione matematica si rivelerebbe piuttosto complicata. ;)

 

Cos'è l'effetto Magnus

 

Chiunque di noi ha sperimentato in prima persona, magari inconsciamente, il cosiddetto effetto Magnus. Si tratta di un effetto fluidinamico che permette ad un pallone da calcio di non seguire una traiettoria rettilinea dopo il tiro, e che lo porta a curvare in aria. Pensate ai calci di punizione e da fermo nelle partite di calcio: avete presenti i gol da calcio d'angolo? Il pallone si allontana in volo dalla linea di fondo campo, per poi rientrare verso la porta in corrispondenza del palo più lontano. Ma come fa il pallone a ruotare in questo modo?

 

Innanzitutto bisogna dire che per conferire al pallone l'effetto Magnus bisogna metterlo in rotazione; se il pallone non ruota su se stesso allora descrive un normalissimo moto parabolico, procedendo in avanti lungo una traiettoria che nella propria componente orizzontale segue una retta.

 

Se invece il pallone ruota subentra una forza in più oltre alla forza di gravità, e tale forza aggiuntiva è responsabile della deviazione del moto del pallone in aria. In pratica essa è la causa di quello che nel linguaggio comune chiamiamo effetto, come nel caso delle punizioni ad effetto.

 

Spiegazione sull'effetto Magnus

 

Ora che abbiamo inquadrato la questione, vediamo di dare una spiegazione fisica dell'effetto Magnus. Per via delle forze di attrito viscoso tra l'aria e il pallone, quest'ultimo trascina con sé l'aria che lo circonda. In questo modo l'aria scorre attorno al pallone con velocità differenti sui due lati.

 

Supponiamo ad esempio che il pallone, procedendo in avanti, ruoti in senso antiorario come in figura (immaginiamo di vedere il pallone dall'alto).

 

 

Effetto Magnus

Effetto Magnus su un pallone da calcio.

 

 

Se il pallone non ruotasse, l'aria scorrerebbe con la stessa velocità sia a destra sia a sinistra; ma poiché il pallone ruota, sul lato destro l'aria venga trascinata in avanti dal pallone stesso. Di conseguenza a destra si hanno due velocità discordi che si compensano e l'aria risulta rallentata. A sinistra invece il pallone, ruotando, trascina gli strati d'aria adiacenti nello stesso verso di scorrimento dell'aria, che quindi scorre più veloce perché le due velocità si sommano.

 

In definitiva l'aria scorre a destra più lentamente che a sinistra. In accordo con il teorema di Bernoulli sappiamo che ad una velocità maggiore corrisponde una pressione minore, e dunque sui due lati del pallone si viene a creare una differenza di pressione ed una conseguente forza di spinta. L'aria spinge il pallone da destra verso sinistra facendolo deviare da una linea retta (componente orizzontale del moto) in modo da descrivere una curva.

 

In sintesi, la legge fisica che determina l'effetto Magnus è la legge di Bernoulli e il presupposto affinché esso si manifesti consiste nella rotazione del corpo. Inoltre, come si intuisce piuttosto facilmente, l'effetto Magnus si manifesta più intensamente sul moto di corpi dalla forma sferica o cilindrica.

 

Esempi sull'effetto Magnus

 

Niente di complicato, non trovate? :) Ecco finalmente svelato qual è il principio fisico grazie al quale i giocatori di calcio riescono a conferire l'effetto Magnus al pallone da calcio.

 

Lo stesso principio si applica all'effetto dato al pallone dai pallavolisti in battuta. In questo caso il pallone viene fatto ruotare attorno ad un asse disposto orizzontalmente e perpendicolare alla direzione della traiettoria. In pratica, la rotazione avviene dal basso verso l'alto. L'effetto Magnus fa sì che il pallone tenda a muoversi verso il basso più velocemente di quanto non farebbe a causa della sola gravità, e si crea uno strano effetto per cui il pallone cade un po' prima di quanto ci si aspetti, complicando parecchio il compito del ricevitore. :)

 

Effetti simili si possono osservare anche sulle palline da tennis (il cosiddetto top-spin) o su quelle da baseball: che siano voluti o meno, essi trovano spiegazione nell'effetto Magnus che, come abbiamo visto, non è altro che una diretta conseguenza del principio di Benoulli.

 

Video sull'effetto Magnus

 

Per chiudere in bellezza vi proponiamo alcuni video relativi all'effetto Magnus, in cui le conseguenze fisiche sul moto risultano evidentissime.

 

I primi tre riguardano l'effetto Magnus nel calcio. Come dimenticare la punizione battuta da Andrea Pirlo contro l'Inghilterra nei gironi dei Mondiali 2014? Notate come il pallone cambi repentinamente traiettoria nel corso del proprio moto :)

 

 

 

 

Poteva forse mancare un video dedicato a Juninho Pernambucano, uno dei più grandi tiratori di punizioni della storia del calcio? (Se la musica vi disturba vi consigliamo di togliere l'audio) ;)

 

 

 

 

Il terzo video ripropone alcuni dei migliori gol di Roberto Carlos, terzino che prediligeva le punizioni di potenza ma che era anche in grado di conferire al pallone effetti veramente assurdi! Perdonate la bassa qualità, sono immagini che risalgono a una ventina di anni fa. ;)

 

 

 

 

Con il calcio di fermiamo qui, anche se ci sarebbe da parlare del signor Zico... ;) Passando al mondo del tennis portiamo come esempio il re del top-spin e dei banana shots: Rafa Nadal.

 

 

 

 

L'ultimo video riguarda l'azione dell'effetto Magnus su una palla da basket, lasciata cadere da un'altezza di 140 metri. Notate come la rotazione iniziale comporti una drastica variazione nel moto del pallone.

 

 

 

 


 

Nella lezione successiva proseguiremo lo studio delle applicazioni fisiche della legge di Bernoulli e parleremo della portanza. :)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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