Autor

Profesor asociat de fizică, Union College

Declarație de divulgare

Chad Orzel nu lucrează pentru, nu consultă, nu deține acțiuni sau nu primește finanțare de la nicio companie sau organizație care ar beneficia de acest articol și nu a dezvăluit nicio afiliere relevantă dincolo de numirea lor academică.

Parteneri

Conversation UK primește finanțare de la aceste organizații

  • E-mail
  • Stare de nervozitate
  • Facebook
  • LinkedIn
  • WhatsApp
  • Mesager

Rapoartele de știri spun că 11 din cele 12 mingi de joc folosite de New England Patriots în jocul lor de campionat AFC împotriva Indianapolis Colts au fost dezumflate, arătând cu aproximativ 2 lire pe inch pătrat (psi) o presiune mai mică decât cele 13 psi cerute de reguli, deci se pare că cel mai bizar scandal sportiv din memoria recentă este real. Dar există încă o mulțime de întrebări: de ce ar dezumfla o echipă fotbalele? Ar putea exista o altă explicație? Și cel mai important, ce ne spune fizica despre toate acestea?

Pentru fanii din New England, prima prioritate este căutarea unei explicații inocente. La urma urmei, baloanele de petrecere și anvelopele de mașină se dezumfla în timpul iernii reci, deci o simplă diferență de temperatură ar putea fi responsabilă pentru schimbarea presiunii de umflare?

Principiul fizicii cunoscut sub numele de legea ideală a gazelor ne spune că o reducere a temperaturii duce la o reducere a presiunii. Presiunea unui gaz limitat înmulțită cu volumul său este proporțională cu numărul de molecule din gaz înmulțit cu temperatura. Poate vă amintiți ecuația PV = nRT din zilele dvs. școlare. Deci, dacă răciți un gaz, menținând volumul fix, presiunea trebuie să scadă.

deflategate
Fotbalele pe gheață ... ce se va întâmpla cu presiunea? Ciad Orzel, CC BY-SA

Dar nu avem nevoie de ecuații pentru a verifica acest lucru: îl putem demonstra direct. Am primit câteva fotbaluri vechi de la departamentul de atletism al Union College, le-am pompat și le-am aruncat în congelator. După o noapte în frig, presiunea a fost cu aproximativ 2 psi mai mică, la fel ca fotbalele Patriots - de la aproximativ 19 psi la început (am umflat ușor bilele folosind pompa de cauciuc în mașină) până la aproximativ 17 psi.

Desigur, diferența de temperatură implicată a fost puțin extremă - de la aproximativ 68F în biroul meu, până la aproximativ -10F în congelator. Deci, puteți utiliza schimbările de temperatură pentru a produce schimbarea de presiune văzută de anchetatori, dar temperatura necesară ar fi coincis cu legendarul Ice Bowl din 1967. Jocul de duminica trecută s-a jucat în ploaie turnantă la aproximativ 50F, deci dacă nu au făcut pre- testarea jocului de bile într-o saună sau investigația post-joc într-un dulap pentru carne, singura termodinamică nu poate scoate Patriots de pe cârlig.

Presiunea a scăzut după o noapte în îngheț. Ciad Orzel, CC BY-SA

Presupunând că bilele au fost dezumflate în mod deliberat, atunci care ar fi raționamentul? Presiunea mai mică ar face mingea mai ușoară și mai aerodinamică, permițând o trecere mai lungă și mai precisă?

Aceasta este o altă întrebare ușor de răspuns cu legea ideală a gazelor - volumul unui fotbal nu se schimbă foarte mult odată cu presiunea, astfel încât dezumflarea acestuia cu 2 psi necesită reducerea cantității de gaz din interior cu aproximativ 15%. Dar aerul este, prin definiție, foarte ușor. Aerul dintr-un fotbal complet umflat reprezintă doar aproximativ 10 grame din masa sa (aproximativ 2,5% din total) și dezumflarea ar reduce-o cu poate un gram sau două. (Acest lucru explică, de asemenea, de ce oficialii nu au observat nimic amuzant în timpul jocului - schimbarea în greutate din aerul lipsă este prea mică pentru a se observa, în special pe vreme rea, unde ploaia a adăugat probabil mai mult la masa mingii decât deflația luat.)

Și din nou, avem o confirmare experimentală a acestui fapt - un episod din 2006 al emisiunii TV Mythbusters a înlocuit aerul din interiorul unui fotbal cu heliu pentru a vedea dacă asta ar permite unui kicker să înceapă tatăl mingii. Reducerea masei de schimb de heliu pentru aer este mult mai mare decât cea pentru o reducere de 2 psi a presiunii, dar Mythbusters nu a găsit niciun câștig în performanță - de fapt, bilele umplute cu aer ar putea fi puțin mai bune, deoarece masa suplimentară le face oarecum mai puțin sensibile la rezistența aerului.

În cele din urmă, motivul dezumflării unui fotbal se datorează mai mult fiziologiei decât fizicii. O minge ușor dezumflată este puțin mai moale, facilitând prinderea mingii pentru a o arunca și reducerea săriturii atunci când lovește mâinile unui receptor, facilitând prinderea. Putem vedea acest lucru chiar și cu fotbalele înghețate - deși frigul face ca pielea să fie mai rigidă, mingile aveau o notabilitate mai mare atunci când erau stoarse decât înainte de a intra în congelator. În condiții reci, ploioase, unde mingea devine umedă și alunecoasă, acest lucru funcționează în avantajul fundașului și al receptorilor.

Antrenorul Bill Belichick ridică trofeul Lamar Hunt, câștigat de NE Patriots în jocul campionatului AFC. USA Today Sports/Reuters

Cel mai nedumeritor aspect al poveștii este totuși tabloul de bord. Patriots a câștigat jocul cu 45-7, depășind cu totul Colts în fiecare aspect al jocului. Micul avantaj pe care l-ar fi putut obține dintr-o aderență mai bună a mingii nu poate explica un rezultat atât de neînsemnat. Dacă Patrioții erau mult mai buni, de ce să riști pedeapsa prin modificarea fotbalelor?

Din păcate, la această întrebare nu poate răspunde legea ideală a gazelor. Pentru asta, ar trebui să înțelegeți psihologia antrenorului Patriots Bill Belichick, iar acesta este un mister mult prea profund pentru fizică.