곡선을 그리는 공은 어떻게 휘어서 날아가나요?

Question

축구선수들이 공을 차는 것을 보면 공이 말도 안되게 감기면서 들어가는데요.

공을 어떻게 차길래 축구공이 곡선을 그리면서 날아가는 것인가요?

과학적인 원리가 있을 거같은데 설명부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 오현수 과학전문가입니다.

물체의 회전에 따른 물체 면 주변 공기(유체)의 속도차이가 발생하게 되고, 이 속도차이가 양력을 형성하여 공이 휘게 될 수 있습니다. 이는 마그누스 효과라고도 하지요.

공기의 흐름과 공의 회전방향이 같은 경우, 유체의 속도는 빨라지며, 공기의 흐름과 물체의 회전방이 반대일 경우 유체의 속도가 감소하며 이 속도차이가 만들어지고 결론적으로 양력이 발생합니다.

답변이 도움되었기 바랍니다. 감사합니다.

Answer 2

공은 뉴턴의 제 1법칙에 의해 힘이 가해진 방향으로 움직일 뿐입니다.

공을 위로 쏘게 되면 앞으로 계속 나가면서 중력에 의해 내려가게 될 것입니다.

두 방향의 힘이 합쳐지면서 곡선이 그려지게 됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

축구공에 회전이 들어가면 공의 회전 때문에 공을 중심으로 2가지의 공기흐름이 원인이 됩니다.

첫째, 회전하는 방향은 공기가 빨라지고 다른 한쪽은 조금 느린 공기의 흐름이 형성됩니다. 공기의 흐름이 빠르면 그 곳에서의 압력이 낮아지는데 이를 ‘베르누이 원리’라 합니다.

둘째, 양쪽의 공기흐름이 다를 경우 축구공은 똑바로 날아가지 못하고 압력이 낮은 쪽으로 커브를 틀게 됩니다. 이렇게 공기의 흐름이 빠른 쪽으로 힘을 받는 현상을 ‘마그누스 효과’라고 합니다.

도움이 되셨다면 추천 좋아요 부탁드립니다.^^ 감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.

공에 회전력이 발생하면 나아가면서 공기와의 마찰이 발생합니다.
이 때 회전 방향과 나아가는 방향이 일치하면, 공기마찰이 약하고,
회전방향과 나아가는 방향이 반대이면, 공기마찰이 강해집니다.
이러한 마찰력 차이로 인해 공의 휘게 됩니다.

감사합니다.

Answer 5

안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

네 공을 감아차게 되면 공의 회전량이 커지게 됩니다. 이 때 회전에 의해 공의 양 옆으로 공기의 기압의 차이가 발생하는데, 이 기압의 차이가 공을 휘게 만들게됩니다. 그리고 공이 회전하는 방향으로 휜다고 생각하시면 됩니다.

<원리: 베르누이 원리>

공을 반시계 방향(위에서 볼 때)으로 회전하게 만들어 앞으로 찼다고 생각해보죠.

그러면 반시계 방향으로 도는 공의 오른쪽 부분은 공이 앞으로 나아가는 것과 공의 회전 방향이 반대가 됩니다. 즉, 공이 앞으로 나아가면서 공기가 공을 지나가게 되는데, 이 때 공의 회전이 공기가 지나가는 것을 방해하므로 공기의 속력이 느리게 됩니다.

반대로 왼쪽 부분은 공이 앞으로 나아가는 것과 공의 회전 방향이 같게 됩니다. 즉, 공이 앞으로 나아가면서 공기가 공을 지나가게 되는데, 공의 회전이 공기가 지나가는 방향과 같아 공기의 속력이 빠르게 되죠.

그런데, 유체(공기)의 속력이 빠르면 밀도가 낮아지고, 유체(공기)의 속력이 느리면 밀도가 높아지는 베르누이의 원리가 있습니다. 이는 직관적으로도 이해가 갈것입니다. 유체의 속력이 빠르면 공기 입자 간 간격이 멀어지기 때문에 밀도가 작죠. 반대로 유체의 속력이 느리면 간격이 좁아 밀도가 높구요.

즉, 반시계 방향으로 감아찬 공의 오른쪽 부분의 공기 밀도가 높고, 왼쪽 부분의 공기 밀도가 낮기 때문에 공은 왼쪽으로 힘을 받아 곡선을 그리며 날아가게 됩니다.

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