जेव्हा फुटबॉल भौतिकशास्त्राकडे झुकतो: शास्त्रज्ञ फ्री किक मॅजिक डीकोड करतात | पुणे बातम्या

पुणे : डेव्हिड बेकहॅमचे अचूक वाकणे, रॉबर्टो कार्लोसचे पॉवर-पॅक्ड लाँग रेंजर्स किंवा लिओनेल मेस्सी आणि क्रिस्टियानो रोनाल्डोच्या फिरत्या फ्री किकने फुटबॉल चाहत्यांना आणि तज्ञांना वर्षानुवर्षे मंत्रमुग्ध केले. परंतु संशोधकांचे म्हणणे आहे की अशा जादुई हल्ल्यांमागे विज्ञान आहे जे सहसा तर्काला झुगारून देतात.अशा प्रत्येक स्ट्राइकच्या मागे फुटबॉल आणि त्याच्या सभोवतालची हवा यांच्यातील एक अदृश्य स्पर्धा असते, भारतीय प्रयोगशाळांमधील शास्त्रज्ञ डीकोडिंग करत असलेल्या भौतिकशास्त्राच्या नियमांद्वारे नियंत्रित केलेली स्पर्धा.“खरखरीत पृष्ठभागाच्या तुलनेत गुळगुळीत पृष्ठभागावर वेगवेगळ्या गतीने प्रवास केल्यामुळे क्रिकेटचा चेंडू कसा फिरतो यासारखेच विज्ञान आहे. जेव्हा चेंडूचा पृष्ठभाग गुळगुळीत असतो, तेव्हा पृष्ठभाग खडबडीत असण्याच्या तुलनेत हवा वेगाने प्रवास करते. अशा प्रकारे चामड्याचा चेंडू चमकदार पृष्ठभागाकडे वळतो,” असे मयुरेश सुरनीस, भारतीय विज्ञान शिक्षण आणि संशोधन संस्था (IISER), भोपाळ येथील भौतिकशास्त्र विभागाचे सहायक प्राध्यापक म्हणाले.“तसेच, फुटबॉलला रिज असतात. जर एखाद्या खेळाडूने चेंडू एका कोनात मारला, तर तो हवेत फिरतो. यामुळे त्याला एक वळण मिळेल कारण गतीच्या दिशेने जाणाऱ्या भागाला विरुद्ध दिशेने जाणाऱ्या भागाच्या तुलनेत जास्त हवेचा प्रतिकार असतो. यामुळे बॉल खाली वळवतो आणि जर तो स्पॉन्सच्या बाजूने फिरत असेल तर तो खाली जाईल. एक अनुलंब अक्ष,” त्याने स्पष्ट केले.कृत्रिम बुद्धिमत्तेतील प्रगती देखील संशोधकांना या हालचालींचा अधिक तपशीलवार अभ्यास करण्यास मदत करत आहे. आयआयटी रोपरमध्ये, संशोधकांनी एआय-आधारित प्रणाली विकसित केली आहे जी सामान्य व्हिडिओ फुटेज वापरून हलत्या चेंडूच्या फिरकीचा अंदाज लावते. ANNAM.AI मधील सहयोगी प्राध्यापक आणि सह-मुख्य अन्वेषक डॉ मुकेश के सैनी यांच्या मते, स्पिन समजून घेणे क्रीडा संशोधन आणि प्रशिक्षण या दोन्हीमध्ये परिवर्तन घडवू शकते. ANNAM.AI हे IIT रोपरचे कृत्रिम बुद्धिमत्ता मॉडेल आहे.“आमच्या कामातून असे दिसून येते की चेंडूच्या प्रक्षेपणावर स्पिनचा महत्त्वपूर्ण प्रभाव असतो. AI आता व्हिडिओवरून त्या स्पिनचा अंदाज लावू शकते, ज्यामुळे आम्हाला वेगवेगळ्या किक कसे वागतात याचा अभ्यास करता येतो. अशी साधने शेवटी प्रशिक्षकांना तंत्राचे विश्लेषण करण्यास, खेळाडूंचे प्रशिक्षण सुधारण्यात आणि काही शॉट्स त्यांच्या पद्धतीने का हलतात हे चांगल्या प्रकारे समजून घेण्यास मदत करू शकतात,” सैनी म्हणाले.IISER-पुणे येथील भौतिकशास्त्र विभागाचे प्राध्यापक MS Santhanam म्हणाले, “ज्या क्षणी फुटबॉल हवेत झेपावतो, तेव्हा तो वायुगतिकीय प्रक्षेपण बनतो. त्याचे उड्डाण गुरुत्वाकर्षण आणि द्रव गतिशीलता यांच्यातील परस्परसंवादाद्वारे निर्धारित केले जाते.तो म्हणाला, “फुटबॉलचे उड्डाण हे ध्येय गाठण्याच्या खूप आधी ठरवले जाते. चेंडू हवेतून फिरताना हवेचा एक पातळ थर त्याच्या पृष्ठभागावर चिकटून राहतो. या थराच्या वर्तनावरून चेंडू सहजतेने प्रवास करतो, मंद होतो, वक्र होतो की अस्थिर होतो हे ठरवते.”त्याच्या मते, फुटबॉलचे वायुगतिकी अनेक घटकांवर अवलंबून असते, ज्यात त्याचा वेग, खेळाडूने दिलेले फिरकीचे प्रमाण आणि चेंडूची रचना यांचा समावेश होतो. “सीम आणि टेक्सचर्ड पृष्ठभाग केवळ कॉस्मेटिक नाहीत. ते हवेच्या प्रवाहात नियंत्रित अशांतता निर्माण करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत. हे ड्रॅग कमी करते, अधिक अंदाजे उड्डाण राखून चेंडू पुढे प्रवास करू देते.”आधुनिक फुटबॉल डिझाइनमागील विज्ञान संशोधकांनी विस्तृतपणे शोधले आहे. जर्नल ऑफ स्पोर्ट्स सायन्सेस मध्ये प्रकाशित झालेले अभ्यास आणि नंतरच्या पवन बोगद्याच्या प्रयोगातून असे दिसून आले आहे की पटलांची संख्या, सीम पॅटर्न आणि पृष्ठभागाचा पोत बॉलच्या सभोवतालच्या हवेच्या प्रवाहावर लक्षणीयरीत्या प्रभाव पाडतात, ज्यामुळे त्याचा वेग, स्थिरता आणि एकूण उड्डाण प्रभावित होते. FIFA मॅच बॉलच्या लागोपाठ पिढ्या एकसारख्या खेळण्याच्या परिस्थितीत वेगळ्या पद्धतीने का वागल्या हे स्पष्ट करण्यात या निष्कर्षांनी मदत केली आहे.अभियंते सातत्याने उडण्यासाठी फुटबॉल डिझाइन करतात, तर उच्चभ्रू फुटबॉलपटूंना ते अनपेक्षित कसे करावे हे अचूकपणे माहित असते. वरिष्ठ स्पोर्ट्स बायोमेकॅनिस्ट विश्वास शर्मा म्हणाले, “अभियांत्रिकी खेळाडूंना एक स्थिर व्यासपीठ देते. एलिट फुटबॉलपटूंना वेगळे करते ते म्हणजे ते बॉल कसे मारतात ते बदलून त्या स्थिरतेमध्ये जाणीवपूर्वक फेरफार करण्याची त्यांची क्षमता आहे.”प्रसिद्ध कर्ल्समागील विज्ञान स्पष्ट करताना, IIT-बॉम्बे येथील भौतिकशास्त्र विभागातील प्राध्यापक, गोपाल दीक्षित म्हणाले की, वेगवान फिरकी निर्माण करण्यासाठी खेळाडू जाणूनबुजून चेंडू त्याच्या केंद्रापासून दूर करतात.“फुटबॉल चाहत्यांना मोहित करणारे नेत्रदीपक मार्ग बर्नौलीच्या तत्त्वाचे आणि मॅग्नस प्रभावाचे शोभिवंत प्रात्यक्षिक आहेत. फिरणारा चेंडू हवेतून फिरत असताना, तो त्याच्या पृष्ठभागावर हवेचा पातळ थर खेचतो. एक बाजू वायुप्रवाहाला गती देते तर दुसरी बाजू मंद करते, ज्यामुळे दाब असंतुलन निर्माण होते. या असंतुलनामुळे वायुगतिकीय शक्ती निर्माण होते जी चेंडूला हवेतून सुंदरपणे वाकवते,” दीक्षित म्हणाले.द्रव गतिशीलतेमध्ये, बर्नौलीचे तत्त्व असे सांगते की द्रवपदार्थाच्या गतीमध्ये वाढ एकाच वेळी दबाव कमी होणे किंवा द्रवपदार्थाची संभाव्य उर्जा कमी होणे यासह होते. मॅग्नस इफेक्ट अशा घटनेला सूचित करतो जिथे वाहत्या द्रवपदार्थात फिरणारी वस्तू त्याच्या गतीच्या दिशेला लंबवत शक्ती अनुभवते, ज्यामुळे द्रव वेग आणि ऑब्जेक्टच्या रोटेशनमुळे निर्माण होणारा दबाव.रोनाल्डोच्या प्रसिद्ध नकलबॉल फ्री किकपेक्षा काही शॉट्सने फुटबॉल चाहत्यांना भुरळ घातली आहे, जिथे चेंडू डोलताना, बुडवताना आणि अचानक दिशा बदलताना दिसतो. “नकलबॉल कर्लिंग फ्री किकच्या अगदी विरुद्ध आहे. चेंडू अगदी कमी फिरकीने मारला जातो. ते स्थिर रोटेशन न करता, हवेचा प्रवाह पृष्ठभागाभोवती फिरत राहतो, ज्यामुळे त्याचे उड्डाण अत्यंत अप्रत्याशित होते,” दीक्षित म्हणाले.तो म्हणाला की हवेचा प्रवाह गुळगुळीत आणि अशांत राज्यांमध्ये अप्रत्याशितपणे बदलतो, ज्यामुळे फुटबॉलभोवती सतत दबावाचे खिसे बदलतात. “स्थिर मॅग्नस फोर्सशिवाय, त्या बदलत्या दबाव क्षेत्रांमुळे चेंडू अशा प्रकारे फडफडतो आणि डळमळतो की गोलरक्षकांना अंदाज लावणे अत्यंत कठीण असते.”ही घटना समजून घेण्यासाठी शास्त्रज्ञांनी अनेक वर्षे घालवली आहेत. इंडियन असोसिएशन ऑफ फिजिक्सचे फ्लुइड फिजिसिस्ट एएन हुसैन म्हणाले, “पवन बोगदे, प्रोग्राम करण्यायोग्य बॉल-लाँचिंग सिस्टम आणि हाय-स्पीड कॅमेरे वापरून प्रयोगशाळेतील प्रयोगांनी हे सिद्ध केले आहे की कमी-स्पिन फुटबॉलच्या आसपास हवेच्या प्रवाहातील लहान बदल देखील त्याच्या प्रक्षेपणात नाटकीयपणे बदल करू शकतात, ज्यामुळे नकलबॉल शॉट्समध्ये सर्वात जास्त अनोळखी होते.“