Magnusův jev

3. leden 2009 | 06.00 |

Tento fyzikální jev je známý zejména ve svých praktických důsledcích ve fotbale, golfu, baseballu či tenise. Všechny ty zajímavé údery nohou či raketou ("šajtle", tenisové topspiny, čopy) jsou založeny na jevu, jehož si všimli poprvé dělostřelci někdy v 17. století. Zarazilo je, že se letící dělová koule někdy prapodivně odchyluje od přímého směru.

Významný německý fyzik, profesor berlínské univerzity Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), zkoumal souvislost mezi rotací dělové koule, později dělostřeleckého náboje roztočeného drážkovaným vývrtem hlavně a okolním vzduchem. Popsal jev, který dnes nese jeho jméno. Magnusův jev je způsoben třením mezi rotujícím tělesem a okolním vzduchem, který toto těleso obtéká. Jestliže je rotující válec (či koule) ofukován proudemvzduchu (nebo se vůči okolnímu vzduchu pohybuje), působí na válec síla téměř kolmá ke směru proudění. Vlivem tření se na jedné straně válce proud vzduchu urychlí, a tedy podle zákona zachování energie klesne jeho tlak, na straně druhé se zpomalí a zde vznikne přetlak. Rozdílem těchto tlaků tedy vzniká zmíněná síla.
Provedeme jednoduchý pokus. Papírovou ruličku od toaletního papíru namotáme na provázek a následně ji pustíme volným pádem a ona se začne odmotávat. Její pohyb však není svisle k zemi ale nějaká síla ji vychyluje.
Předpokládejme, že válec padá dolů a rotuje přitom doprava – ve směru hodinových ručiček. Na předmět pohybující se ve vzduchu má vliv rozdílná rychlost obtékání vzduchu z různých stran. V našem případě si můžeme představit, že rotující válec je na místě a vzduch ho obtéká směrem nahoru. Na první pohled by se pak mohlo zdát, že rychlost obtékání na pravé straně vzhledem k povrchu válce je díky rotaci válce větší něž na levé, je zde proto menší tlak (podobně je to u obtékání křídla vzduchem u letadla) a na válec má působit síla směrem doprava. To je však v rozporu s naším pozorováním, kdy se válec odchyluje naopak doleva od svislého směru.
Ve skutečnosti má na pohyb válce vliv takzvaná mezní vrstva vzduchu, kterou si můžeme jednoduše představit jako tenkou vrstvičku vzduchu "přilepenou" vlivem tření mezi válcem a vzduchem k povrchu válce. Pokud budeme uvažovat proudění vzduchu vzhledem k těžišti válce, na levé straně se sčítá rychlost obtékání a rychlost vzduchu v mezní vrstvě, na pravé straně naopak mezní vrstva brzdí obtékající vzduch v blízkosti válce. Tlak vzduchu je proto menší na levé straně a válec se odchyluje vlivem tlakové síly směrem doleva od svislého směru.
U roztočeného míče je situace zcela stejná jako u válce, můžete si ověřit směr působící síly vzhledem k rotaci, jestliže si ze zkušenosti vzpomenete, kterým směrem se míč při dané rotaci odchyluje.
Magnusův jev je v dnešní době aplikován ve sportu, využívají je fotbalisté při zahrávání trestných kopů přes zeď, konstruktéři fotbalových míčů se snaží brankářům stížit chytání míče. Při obtékání míče vzduchem se uplatňují vlastnosti mezní vrstvy vzduchu přiléhající k povrchu míče. Tato vrstva se při letu od povrchu odtrhává a odtrhne-li se příliš brzy, naruší se hladký průběh proudění a začnou vznikat víry. tento jev se zmírňuje zdrsnění hladkého povrchu míče. Drsnější povrch totiž lépe přidržuje mezní vrstvu a brání vzniku vírů. proto jsou také golfové míčky pokryty důlky jako po neštovicích. I to bylo kdysi překvapením - míček s drsným povrchem doletí dále než s hladkým povrchem! A protože golfovému míčku nelze dát aerodynamický tvar, pokrývají ho výrobci důlky.
Magnusův jev se kromě využití ve sportu dnes užívá při zkoumání pohybu lodí a různých vznášedel.

zdroj: ing. Josef Gruber

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.2 (5x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře