In 1997, in a game between France and Brazil, a young Brazilian player named Roberto Carlos set up for a 35 meter free kick. With no direct line to the goal, Carlos decided to attempt the seemingly impossible. His kick sent the ball flying wide of the players, but just before going out of bounds, it hooked to the left and soared into the goal. According to Newton's first law of motion, an object will move in the same direction and velocity until a force is applied on it. When Carlos kicked the ball, he gave it direction and velocity, but what force made the ball swerve and score one of the most magnificent goals in the history of the sport? The trick was in the spin. Carlos placed his kick at the lower right corner of the ball, sending it high and to the right, but also rotating around its axis. The ball started its flight in an apparently direct route, with air flowing on both sides and slowing it down. On one side, the air moved in the opposite direction to the ball's spin, causing increased pressure, while on the other side, the air moved in the same direction as the spin, creating an area of lower pressure. That difference made the ball curve towards the lower pressure zone. This phenomenon is called the Magnus effect. This type of kick, often referred to as a banana kick, is attempted regularly, and it is one of the elements that makes the beautiful game beautiful. But curving the ball with the precision needed to both bend around the wall and back into the goal is difficult. Too high and it soars over the goal. Too low and it hits the ground before curving. Too wide and it never reaches the goal. Not wide enough and the defenders intercept it. Too slow and it hooks too early, or not at all. Too fast and it hooks too late. The same physics make it possible to score another apparently impossible goal, an unassisted corner kick. The Magnus effect was first documented by Sir Isaac Newton after he noticed it while playing a game of tennis back in 1670. It also applies to golf balls, frisbees and baseballs. In every case, the same thing happens. The ball's spin creates a pressure differential in the surrounding air flow that curves it in the direction of the spin. And here's a question. Could you theoretically kick a ball hard enough to make it boomerang all the way around back to you? Sadly, no. Even if the ball didn't disintegrate on impact, or hit any obstacles, as the air slowed it, the angle of its deflection would increase, causing it to spiral into smaller and smaller circles until finally stopping. And just to get that spiral, you'd have to make the ball spin over 15 times faster than Carlos's immortal kick. So good luck with that.
در سال ۱۹۹۷، در بازی بین فرانسه و برزیل یک بازیکن جوان برزیلی به نام روبرتو کارلوس برای یک ضربه آزاد ۳۵ متری آماده شد. هیچ راه مستقیمی به دروازه نبود، او تصمیم گرفت که کاری به ظاهرغیر ممکن را انجام دهد. ضربه او توپ را بالای سر بازیکنان به پرواز درآورد، اما درست قبل از اینکه از پشت زمین بازی رد شود، به طرف چپ بازگشت و وارد دروازه شد. بر اساس قانون اول نیوتن، یک شی درهمان جهت و سرعت حرکت خواهد کرد تا هنگامی که نیروی بر آن وارد شود. هنگامی کارلوس به توپ ضربه زد، او به توپ جهت و سرعت داد، اما چه نیرویی توپ را منحرف کرد و یکی از با شکوه ترین گلها در تاریخ ورزش شد؟ فوت و فن آن در یک چرخش بود. کارلوس ضربهاش را در پائین سمت راست مرکز توپ زد، و توپ را به بالا و سمت راست فرستاد، اما توپ دور محور خودش میچرخید. توپ پروازش را در یک مسیر به ظاهر مستقیم آغاز کرد با هوایی که در دو جهت آن میوزید و سرعت آن را کاهش میداد. در یک سو، هوا در جهت مخالف گردش توپ حرکت میکرد، باعث افزایش فشار شد، درحالیکه در سمت دیگر، هوا به همان سمت چرخش توپ حرکت میکند، منطقهای با فشار هوای کمتر ایجاد میکند. این تفاوت باعث میشود که توپ به سمت ناحیه فشار کمتر کات بگیرد (انحنای مسیر). این پدیده را اثر مگنوس میگویند. این نوع ضربه، که به آن ضربه موز گفته میشود بسیار در فوتبال استفاده میشود، و این یکی از عناصری است که این بازی زیبا را زیبا میکند. اما ایجاد انحنا در حرکت توپ با دقتی که نیاز هست برای هر دو مورد خمیدگی در اطراف دیوار و برگشتن به دروازه بسیار دشوار هست. ضربه خیلی بلند از بالای دروازه رد میشود. ضربه خیلی کوتاه به زمین برخورد میکند قبل از اینکه کات بگیرد. ضربه خیلی کوتاه و فراخ هرگز به دروازه نمیرسد. ضربهای که به اندازه کافی فراخ نباشد مدافعان آن را می گیرند. ضربه خیلی آهسته خیلی زود کج میشود یا اینکه اصلا کج نمیشود. ضربه خیلی سریع خیلی دیر کج میشود. همان فیزیک است که سبب میشود این گل به ظاهر غیر ممکن با یک ضربه کرنر بدون کمک بازیکن دیگری را ممکن می کند. اثر مگنوس ابتدا توسط اسحاق نیوتن ثبت شد و وقتی او متوجه شد که او در سال ۱۶۷۰ مشغول بازی تنیس بود. همچنین این شامل توپ گلف، فریزبی و بیسبال نیز میشود. در هر مورد، اتفاق مشابهی میافتد. چرخش توپ فشار متفاوتی در جریان هوای اطراف ایجاد می کند که به آن در جهت چرخش انحنای مسیر میدهد. و در اینجا پرسشی مطرح است. ایا از لحاظ نظری میتوانید ضربهی سختی به توپ بزنید که آن همه مسیر را برود و سپس به طرف شما برگردد؟ متاسفانه، خیر. حتی اگر توپ در اثر سختی ضربه متلاشی نشود، و یا به مانعی برخورد نکند، چون هوا سرعت آن را کاهش می دهد، زاویه انحراف آن افزایش می یابد، باعث میشود تا حرکتی مارپیچ به چرخههای کوچک و کوچکتر پیدا کند و در نهایت متوقف شود. و تنها برای داشتن این حرکت مارپیچ باید چرخش توپی بیش از ۱۵ بار سریعتر از ضربه جاودانه کارلوس بزنید! خُب برای این کار موفق باشید.