راز ریاضیات پیچیده توپ جدید جام جهانی فوتبال برملا شد

به گزارش فیکس سرور، توپ تریوندا هم بر پایه یک جسم افلاطونی یعنی چهاروجهی طراحی شده که در نگاه اول شاید کمترین شباهت را به یک توپ داشته باشد.

غزال زیاری: هر چهار سال، هواداران فوتبال مشتاقانه منتظر شروع بزرگ ترین تورنمنت این ورزش هستند: جام جهانی! اما پیش از آغاز این رویداد، پژوهشگران و محققان ماه ها وقت صرف طراحی مراسم و جزئیات این تورنمنت ازجمله آزمایش و بازنگری توپ رسمی مسابقات می کنند.
حالا و کمتر از یک سال مانده تا شروع رقابتهای جام جهانی ۲۰۲۶، آدیداس به صورت رسمی، در شهر نیویورک از توپ جدید جام جهانی به نام "تریوندا" رونمایی نمود که در طراحی آن ریاضیات، فیزیک و زیبایی شناسی بشکلی اعجاب انگیز ترکیب شده است.

ویژگی های منحصربه فرد تریوندا

ریوندا، در زبان اسپانیایی به مفهوم موج سه گانه است که هدف از نام گذاری آن، اشاره به میزبانان سه گانه این تورنمنت است. در سال ۲۰۲۶ برای نخستین بار در تاریخ جام جهانی، این تورنمنت به میزبانی سه کشور (امریکا، مکزیک و کانادا) برگزار می شود.
در ساخت این توپ تنها از چهار پنل دوخته شده استفاده می شود که این کمترین تعداد پنل برای یک توپ جام جهانی تا به امروز است. جالب اینجاست که توپ "الرحله" که برای جام جهانی ۲۰۲۲ طراحی شده بود، ۲۰ پنل داشت.

معمای همیشگی: ایجاد شکل کروی با سطوح تخت

ه هنگام طراحی هر توپ فوتبال، پرسشی قدیمی مطرح می شود: چطور میتوان از قطعات صاف، شکلی گرد ساخت؟ تمامی توپ های جام جهانی فیفا تابه امروز با الهام از ساده ترین اجسام سه بعدی ریاضی، یعنی "اجسام افلاطونی" ساخته شده اند. این پنج شکل، تنها چند وجهی های منتظم محدبی هستند که از کپی های یک چندضلعی منتظم ساخته شده اند و در هر رأس، تعداد یکسانی وجه به هم می رسند.
ایکسوزایدِر (بیست وجهی) که دارای ۲۰ مثلث است و ظاهری تقریبا کروی دارد، گزینه امیدوارکننده ای به نظر می رسد؛ اما کمی نوک تیز است. اگر گوشه های آنرا ببُریم، هر مثلث به یک شش ضلعی تبدیل می شود و هر گوشه به یک پنج ضلعی. این همان شکل توپ کلاسیک فوتبال یعنی توپ "تل استار" است که در جام جهانی ۱۹۷۰ مورداستفاده قرار گرفت و رنگ سیاه وسفید آن برای دیده شدن بهتر روی تلویزیون های سیاه وسفید برگزیده شد.

تریوندا: چهاروجهیِ تغییر شکل یافته

وپ تریوندا هم بر پایه یک جسم افلاطونی یعنی چهاروجهی طراحی شده که در نگاه اول شاید کمترین شباهت را به یک توپ داشته باشد.
چهاروجهی از چهار مثلث تشکیل شده که سه مثلث در هر رأس به هم می رسند. راز طراحی تریوندا در شکل پنل های آن است. این پنل ها سه گوشه دارند، اما لبه هایشان منحنی است و وقتی به هم دوخته می شوند، سطح گردتری را می سازند.
البته این تکنیک برای فوتبال دوستان، تکنیک آشنایی است. توپ "برازوکا" که در جام جهانی ۲۰۱۴ مورد استفاده قرار گرفت هم بر پایه مکعب طراحی شده بود و شش پنل منحنی داشت.

تجربه تلخ جابولانی

لبته انتخاب چهاروجهی برای طراحی توپ، انتخاب پر ریسکی است. "جابولانی" (به مدلول شادی در زبان زولو)، آخرین توپ جام جهانی بود که بر اساس این شکل ساخته شد و حسابی هم جنجال به پا کرد. در جام جهانی ۲۰۱۰ بازیکنان از این شکایت داشتند که حرکت توپ جابولانی در هوا غیرقابل پیش بینی است. جابولانی تلفیقی از برش گوشه ها و منحنی کردن لبه ها بود و خاصیت منحصربه فردی داشت: پنل های سه بعدی قالب گیری شده.
این توپ شاید گردترین توپ تاریخ بود، اما مشکل نیروی "Drag"باعث می شد تا پروازش عجیب و نامنظم باشد. Drag در واقع نیروی ذرات هواست که هنگام پرواز توپ در فضا و حرکتش، آنرا به عقب می راند. هرچه توپ سریع تر حرکت نماید، Drag بیشتر می شود؛ اما اگر سرعت از "سرعت بحرانی" فراتر رود، Drag ناگهان کم می شود. هرچه توپ صاف تر باشد، این آستانه بالاتر می رود و به این علت هم هست که سطح توپ گلف پر از فرورفتگی است تا این آستانه را کاهش دهد؛ اما صاف بودن بیش ازحد جابولانی، موجب غیرقابل پیش بینی شدن رفتار این توپ شده بود.

چرا تریوندا پر از فرورفتگی است؟

لیل اصلی وجود شیارها و فرورفتگی ها روی سطح تریوندا، در واقع کاهش Drag در آن است. طراحان توپ با ترکیب بافت سطح، طول درزها و عمق آنها تلاش نموده اند تا میزان زبر بودن مناسبی در آن ایجاد کنند تا بازیکنان با توپ احساس راحتی داشته باشند.
اما مسئله فقط میزان زبری نیست، بلکه محل قرارگیری درزها هم مهم می باشد. اگر توپ بدون چرخش زیاد شوت شود، مناطق زبر و صاف آن، Drag های متفاوتی خواهند داشت و درنتیجه مسیر توپ منحرف می شود که اثر "ناکل بال" نامیده می شود (حرکت غیرقابل پیش بینی و نامنظم توپ که ناشی از کمبود چرخش است و موجب می شود تا توپ به صورت غیرمنتظره ای زیگزاگی به حرکت دربیاید). این اثر شاید در بیس بال مطلوب باشد، اما در فوتبال نه؛ بدین سبب توپ باید تا حد ممکن متقارن باشد. نگرانی اصلی در رابطه با تریوندا همین جاست: توپ تل استار ۶۰ حالت تقارن چرخشی داشت، اما تریوندا تنها ۱۲ تقارن دارد.

نظر بازیکنان و دانشمندان

ا شروع جام جهانی، بازیکنان به دقت عملکرد توپ جدید را زیر نظر خواهند داشت. برد فریدل، دروازه بان سابق تیم ملی آمریکا دراین باره اظهار داشت: «وقتی توپ جدیدی معرفی می شود، در تمرینات عادی تستش می نماییم تا بفهمیم ریزه کاری هایش چیست؛ آیا در وضعیت خشک خوب است؟ در باران چطور؟ در پاس های بلند چه طور پرواز می کند؟»
جولیا گروسو، هافبک باشگاه شیکاگو و بازیکن سابق تیم ملی کانادا در دو جام جهانی زنان می گوید: «بیشتر مسئله اینست که ما به عنوان تیم، چگونه می توانیم هماهنگ بازی نماییم، نه این که توپ چه شکلی است. تمرین با توپ رسمی پیش از آغاز مسابقات، کمک زیادی می کند تا بازیکن حس درستی پیدا کند.»
البته فقط بازیکنان نیستند که در مورد توپ های جدید نظر می دهند؛ جان اریک گاف، فیزیک دان ورزشی دانشگاه پوگت ساوند دراین باره اظهار داشت: «بی صبرانه منتظرم توپ تریوندا را در دست بگیرم و حس کنم که ساختارش چه طور است.» او و همکارانش مقرر است توپ را در تونل باد آزمایش نمایند.
حالا و در فاصله کمتر از یک سال مانده تا آغاز جام جهانی ۲۰۲۶، درحالی که بیشتر هواداران فوتبال چشم به تیم ها و بازیکنان محبوبشان می دوزند، شبکه ای از هنرمندان، مهندسان و دانشمندان هم درحال بررسی توپ این تورنمنت هستند.
منبع: scientificamerican
به اجمال، خاصیت های منحصربه فرد تریوندا تریوندا، در زبان اسپانیایی به مفهوم موج سه گانه است که هدف از نام گذاری آن، اشاره به میزبانان سه گانه این تورنمنت است. این همان شکل توپ کلاسیک فوتبال یعنی توپ تل استار است که در جام جهانی ۱۹۷۰ مورداستفاده قرار گرفت و رنگ سیاه وسفید آن برای دیده شدن بهتر روی تلویزیون های سیاه وسفید انتخاب|شد. البته این تکنیک برای فوتبال دوستان، تکنیک آشنایی است.

منبع: fixserver.ir

1404/07/14

10:24:27

0.0 / 5

تگهای خبر: پژوهش , دانش , دانشگاه , طراحی

این پست فیکس سرور را پسندیدید؟

(0)

تازه ترین مطالب مرتبط

نظرات بینندگان فیکس سرور در مورد این مطلب

عقیده شما در مورد این مطلب فیکس سرور

نام:

ایمیل:

نظر:

سوال:

= ۷ بعلاوه ۵