Les jeux de balles nous accompagnent depuis au moins 3 500 ans sur tous les continents : Tsu Chu en Chine, Kemari au Japon, Episkiros en Grèce, Pok a tok en Amérique du Sud. Une de leurs versions contemporaines est le football.
En l'absence de gravité et d'air, la trajectoire est une droite. Avec la gravité, la droite s'incurve vers la parabole galiléenne.
Quand vous mettez votre main à l’extérieur de votre voiture, vous sentez une traînée. L’air exerce une force sur votre main qui va vers l’arrière. Votre main induit les différences de pression tout autour de la main, et si jamais la main est fermée, la résultante de ces efforts est alignée avec le vent et va vers l’arrière.
Quand vous frappez un ballon, il y aura toujours une traînée. La force qui va dans le sens du vent, on appelle cela la traînée.
Le coefficient de traînée : \(C_x \approx\) 0,4 (figure 7).
Lire aussi: Tout savoir sur les paris tirs cadrés
Mais si vous mettez votre main à plat, vous réalisez qu’il y a aussi des forces qui peuvent aller vers le haut et vers le bas suivant l’orientation que vous donnez à votre paume. La force perpendiculaire au vent, on appelle cela la portance.
Si jamais le ballon ne tourne pas, il y aura très peu de portance. C'est justement la rotation du ballon qui va créer la force de portance.
Lorsque le ballon tourne avec la vitesse angulaire \( \omega\), l'écoulement derrière le ballon n'est plus symmétrique. Au contraire, s’il tourne sur lui-même, il y aura aussi de la portance. Et la portance, c’est ce que vous appelez l’effet Magnus.
Sur tous les ballons en rotation, il y a une traînée et une portance. La conjugaison des deux forces permet au footballeur de courber la trajectoire de sa balle, de la piloter : la courbure de la trajectoire va changer avec la distance du coup franc.
Cet effet tient au fait que, sur la face du ballon (en rotation et en déplacement dans l'air) où la rotation et l'écoulement de l'air vont dans le même sens, la vitesse aérodynamique augmente et la pression diminue ; sur la face où le mouvement de la surface du ballon va dans le sens opposé de l'écoulement, la vitesse aérodynamique diminue et la pression augmente. Ce déséquilibre de pressions est à l'origine de l'effet transversal Magnus qui est si prononcé lorsque le ballon ralentit en bout de course, et en particulier quand une rotation considérable lui est également imprimée.
Lire aussi: Le déroulement des tirs au but
Gravité et aérodynamique sont responsables de la diversité des trajectoires du ballon de football.
Prenez un coup franc de Platini frappé à 18m, vous voyez que le début de la spirale ressemble à une trajectoire circulaire. Il sait que la courbure va permettre au ballon de passer au-dessus du mur. Prenez le coup franc de Roberto Carlos frappé à 35m, vous voyez que la courbure va changer au fur et à mesure de la trajectoire comme quand vous vous rapprochez du centre de la coquille.
Observations par Hong et al. (a) ligne droite ; (b) zigzags.
Parfois zigzaguer autour de cette droite (b). La taille du zigzag est grande comparée à la distance qui sépare deux vortex.
La turbulence explique aussi la tendance des tirs forts et sans effet d’avoir des glissements et des sauts imprévisibles en l’air (« balle flottante »). Ici, en absence d’effet, la seule influence sur la trajectoire de la balle est celle de la turbulence aléatoire. Ceci explique aussi les craintes des gardiens de but lorsqu'une compétition se joue avec un nouveau ballon.
Lire aussi: Comprendre les tirs en l'air
(a) Lorsque la gravité domine (\(D_{r}\) << 1), les trajectoires sont paraboliques.
Lorsque la vitesse du ballon devient inférieure à U*, il retombe presque verticalement.
L’angle initial est plus 45° mais 37°. Cet angle optimal varie avec \(l_c\) et U0.
Lorsque la vitesse (touche, lob) est faible, la gravité domine et seule la parabole galiléenne est observée.
Il faut une vitesse initiale et une rotation du ballon adéquates pour que la gravité le fasse tomber, donnant lieu à des paraboles tronquées.
Le début rectiligne de la trajectoire est observable, mais la trajectoire est courbée et on peut l'estimer par un cercle de courbure \(C_0\).
On détaille ici le coup franc présenté sur la figure 5c. Ce coup franc est schématisé sur la figure 11.
Lors d'un match du tournoi de France en 1997, les équipes de France et du Brésil s'affrontent au stade de Gerland à Lyon. Le défenseur brésilien Roberto Carlos marque un but surprenant sur coup franc.
La faute est sifflée à environ 35 mètres du but français, légèrement sur la droite. Après la frappe du Brésilien, le ballon contourne le mur par la droite. Il semblait tellement flagrant que le tir passerait loin du cadre, qu'un ramasseur des balles, instinctivement baissa la tête. Soudain, en fin de trajectoire, la déviation vers la gauche s'accentua et la balle rentra dans le but après avoir heurté l'intérieur du poteau. Le gardien français Fabien Barthez et ses coéquipiers furent très surpris et incrédules sur l'instant.
Ce qui rend ce coup franc de Roberto Carlos impressionnant, c’est aussi qu’il est frappé de l’extérieur du pied. L’extérieur du pied lui permet d’avoir à la fois un coup de pied puissant et d’induire sur le ballon une forte rotation.
| Joueur | Vitesse (m/s) |
|---|---|
| Roberto Carlos | > 38 |
Ces vitesses sont supérieures à 38 m/s, ce qui correspond bien au domaine aérodynamique.
Roberto Carlos dit que son coup franc de légende serait un coup de chance parce qu’il y avait du vent…La chance, chez les tireurs de coups francs, je n’y crois pas trop. Ils ont un gros taux de répétabilité. L’effet du vent existe. Mais le coup franc est tiré à 137 km/h. Il en faut, du vent, pour le dévier de sa trajectoire. Je ne sais pas s’il y avait beaucoup de vent ce jour-là. Mais ce que je veux souligner, c’est qu’il n’y a pas besoin du vent pour avoir cette trajectoire bizarre.
Ces informations-là, les joueurs les ont. Quand Roberto Carlos frappe son coup franc, il sait exactement quelle trajectoire il peut obtenir, sinon il ne la taperait pas vers l’extérieur du but. L’effet du vent existe. Mais il n’y a pas besoin du vent pour avoir cette trajectoire bizarre.
La trajectoire suivie est très surprenante, mais on la comprend scientifiquement : c’est une spirale. Rien dans ce phénomène ne défie les lois de la physique, car dans ce domaine de l’aérodynamique, les lois sont établies depuis longtemps et ont été testées et validées. Cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas de surprise. Et c’est sûrement cela que souligne cette expression. Le caractère inhabituel de cette trajectoire.
tags: #les #tirs #de #roberto #carlos #explication
Chargement des visites
