Efekt Magnusa, czyli jak podkręcić piłkę

- marca 04, 2020

Zastanawialiście sie aj to w ogóle możliwe żeby podkręcić piłkę? Kopiesz leci prosto. Kopie Messi i piłka leci po łuku trafiając w sam róg bramki. Coś niesamowitego. Jednak piłka podkręcona to nie tylko mecze piłki nożnej, to też siatkówka, tenis ziemny i stołowy, golf, krykiet (pewnie każdy z nas grał) oraz paintball. Mowa oczywiście o efekcie Magnusa. Wykorzystuje się go głównie w sporcie i czasami w balistyce. Jednak jest na tyle niesamowity, że nie sposób o nim nie wspomnieć.

Efekt Magnusa, czyli jak podkręcić piłkę

Henrich Gustav Magnus był niemieckim uczonym żyjącym w XVIII wieku, który zajmował się chyba wszystkim. Wytworzył zieloną sól, zidentyfikował kwasy sulfonowe, kwasy etionowy i ich sole (niech jakiś chemik to sprawdzi), badał absorpcję gazów we krwi, prężność pary wodnej zajmował się również termoelektrycznością i indukcją magnetyczną, a to nie wszystko. Innymi słowy był naprawdę wielkim naukowcem, rektorem i po prostu człowiekiem. Tak się jednak stało, że prawdopodobnie największą sławę przyniosło mu odkrycie dokonane podczas badanie trajektorii pocisków.

Rysunek 1. Filmik pokazujący przepływ powietrza i wiry pojawiające się za walcem. Wraz ze wzrostem prędkości kątowej walca pojawia się siła skierowana w dół - widać to dobrze po zmianie zachowania strumienia za walcem
[Źródło: Wiki]

Rysunek 2. Działanie efektu Magnusa w przykładzie
[Źródło: Wiki]

Zauważył że pociski wystrzelone z broni palnej mają tendencje do poruszania się po łuku, mimo, że wystrzeliwane są w linii prostej (trzeba tu zaznaczyć, że chodzi o okrągłe pociski). W związku z tym stworzył eksperyment, w którym kręcący się wokoło osi walec umieszczał w strumieniu powietrza. Okazało się, że walec obracający się z odpowiednią częstością generuje siłę poprzeczną do kierunku przepływu - coś jak siła nośna. Co ważniejsza siła ta może być nawet 19 krotnie wyższa niż w przypadku siły nośnej uzyskiwanej w tych samych warunkach dla profili lotniczych o tym samym polu powierzchni (profile wykorzystywane do konstrukcji skrzydeł w samolotach).

No więc ok. Mam efekt, wiemy jak działa. Mniejsza dlaczego bo jest do dosyć nudne i dla fanatyków. Więc czy można coś z tym zrobić - oprócz sportu? Efekt Magnusa wykorzystywany jest przez Rotor Flettnera, taki wielki obracający się walec. Rotory te historycznie wykorzystywano w statkach i samolotach, jednak ograniczenia sprzętowe i materiałowe sprawiały, że wyniki takich prób nie zachęcały do korzystania z takich obiektów.

Dziś historia zatacza krąg i z roku na rok pojawiają się artykuły naukowe szukające we wspomnianych rotorach nadziei na przyszłość (kilka artykułów w otwartym dostępie poniżej). Pojawiły się również "drony" wykorzystujące efekt Magnusa. Jednak moją ciekawość zbudziło coś innego. Elektrownie wiatrowe. oparte na oryginalnej konstrukcji Flettnera z 1926r.

Rysunek 3. Wiatrak Flettnera i działający prototyp ACOWIND A-36 zamontowany w Pagórkach k. Elbląga
[Źródło]

Przykładów wykorzystania jest jescze kilka, Jednak najciekawszym z nich jest umieszczenie piłeczki w strumieniu suszarki. Jeżeli suszarkę postawimy pionowo tak piłka unosi się w strumieniu powietrza dzięki generowanemu oporowi aerodynamicznemu. Co jednak jeżeli suszarkę umieścimy pod kątem. Okazuje się, że piłka nie spada, ale przecież mamy tylko 2 siły - ciezkości i oporu aerodynamicznego (równoległego do strumienia), a więc trrójkąt sił nam się nie zamyka. Tu na scene wkracza efekt Magnusa. Udanej zabawy.