Wissenschaft des American Footballs: Newtons Bewegungsgesetze, Satz des Pythagoras und mehr

Lernen Sie die Wissenschaft hinter einer der beliebtesten Sportarten der Welt kennen, dem Spiel der rasanten Action.

American Football Physik
Die physikalischen Gesetze hinter dem American Football

Football ist nicht nur in den USA, sondern weltweit ein beliebter Sport. Inspiriert von Football und Rugby, beinhaltet dieses intensive Actionspiel auch viel Wissenschaft.

Vom Werfen des Balls, über den Flug des Balls und das Laufen auf dem Feld bis hin zum Tackling der Ballträger bietet das Spiel eine ausgezeichnete Gelegenheit, einige der wichtigen Konzepte der Physik zu verstehen.

Hier ist ein Versuch, Ihnen aus der Sicht der Wissenschaft Klarheit darüber zu verschaffen, was auf dem Football Feld passiert.

Newtons Bewegungsgesetze – Werfen und Fangen des Balls

Die Newtonschen Bewegungsgesetze sind grundlegende Gesetze, die die Beziehung zwischen dem Objekt und den auf es einwirkenden Kräften sowie die daraus resultierende Bewegung des Objekts aufgrund dieser Kräfte bestimmen. Finden wir heraus, wie diese Gesetze für ein Football Spiel gelten.

Das erste Newtonsche Bewegungsgesetz

Newtons erstes Bewegungsgesetz oder das Trägheitsgesetz besagt, dass ein ruhendes Objekt in Ruhe bleibt und ein in Bewegung befindliches Objekt in der Bewegungsrichtung in Bewegung bleibt, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft beeinflusst.

Wenn ein Quarterback den Ball aufnimmt und in Richtung der breiten Empfänger wirft, fliegt der Ball in die Richtung, in die er ihn geworfen hat, mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die von der Kraft abhängt, die er auf den Wurf ausgeübt hat.

Nach dem ersten Bewegungsgesetz bewegt sich der Ball, wenn keine andere Kraft auf ihn einwirkt, bis zur Einwirkung einer äußeren Kraft in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit weiter.

Aber wir wissen aus unserer Erfahrung, dass wenn wir Gegenstände werfen, diese allmählich langsamer werden und nach einem bestimmten Punkt zum Stillstand kommen. Bei einem Football ist der Fall nicht anders.

Das erste Newtonsche Bewegungsgesetz
Das erste Newtonsche Bewegungsgesetz lässt den Ball zum Stillstand kommen

Aber warum?

Der Grund, warum sich der Football nicht mehr bewegt, liegt im ersten Bewegungsgesetz. Man sieht zwar keine äußeren Kräfte auf den Football einwirken, wenn der Quarterback ihn wirft, aber es gibt immer noch eine Kraft, die jedes Objekt mit Masse in das Zentrum dieses Planeten zieht.

Diese Kraft wird als Schwerkraft oder Gravitationskraft bezeichnet. Aber die Schwerkraft ist nicht die einzige Kraft, die auf den Football wirkt.

Wenn Sie einen Ball werfen, erfährt er auch einen Luftwiderstand, der proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit des Balls und seiner Querschnittsfläche ist.

Diese Kräfte zusammen verhindern, dass der Ball seinen Flug mit der gleichen Geschwindigkeit fortsetzt, und führen dazu, dass er stehen bleibt und schließlich herunterfällt.

Das zweite Newtonsche Bewegungsgesetz

Das zweite Newtonsche Bewegungsgesetz besagt, dass die auf ein Objekt wirkende Kraft gleich der Masse des Objekts multipliziert mit seiner Beschleunigung ist. Erfahren Sie hier mehr über Beschleunigung.

Mathematisch wird diese Gleichung geschrieben als;

F = m x a

Wenn wir umgekehrt die auf ein Objekt ausgeübte Kraft und seine Masse kennen, können wir die durch die Kraft verursachte Beschleunigung herausfinden. So wird die Gleichung;

A = F/m

American Football 2. Newtonsche Gesetz
Das 2. Newtonsche Bewegungsgesetz setzt die Masse und die Beschleunigung in Beziehung zueinander

Sie können diese Gleichung verwenden, um die Beschleunigung zu ermitteln, die ein von einem Spieler geworfener Football auf dem Feld erfährt.

Die Gleichung zeigt deutlich, dass die Beschleunigung eines Football umgekehrt proportional zu seiner Masse ist. Das bedeutet, dass die Beschleunigung geringer ist, wenn man einen Ball mit der gleichen Kraft, aber einer schwereren Masse wirft.

Das dritte Newtonsche Bewegungsgesetz

Das dritte Gesetz besagt, dass jede Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion hat. Dieses Phänomen kann man leicht bei einem Football Spiel beobachten, wenn ein Spieler versucht, den in die Luft geschossenen Ball zu fangen.

Wenn ein Spieler den Ball fängt, übt er eine Kraft auf den Spieler aus, und im Gegenzug muss der Spieler eine Kraft von gleicher Stärke, aber in entgegengesetzter Richtung ausüben, um den Ball zur Ruhe zu bringen.

Ein weiteres ausgezeichnetes Beispiel für Newtons drittes Bewegungsgesetz in Aktion ist, wenn ein Spieler versucht, den Gegner anzugreifen und die Anzahl der Yards zu begrenzen, die er gewinnen kann. Wenn die Kollision stattfindet, erfahren beide Spieler gleiche und entgegengesetzte Kräfte aufeinander.

Mathematisch wird die Gleichung;

F12 = – F21

Dabei ist F12 die von Körper 1 auf Körper 2 ausgeübte Kraft und F21 die von Körper 2 auf Körper 1 ausgeübte Kraft. Das Minuszeichen zeigt an, dass die Kraft in der entgegengesetzten Richtung wirkt.

American Football 3. Newtonsche Bewegungsgesetz
Das 3. Newtonsche Bewegungsgesetz setzt zwei Entgegengesetzte Kräfte einander in Beziehung

Erhaltung der Dynamik – Blockieren und Anpacken

Der dritte Bewegungsgesetz führt auch das Konzept der Impulserhaltung ein, bei dem eine Kollision zwischen den beiden Football Spielern deutlich wird. Der Impuls ist nichts anderes als ein Produkt aus der Masse eines Objekts und seiner Geschwindigkeit.

Der Impulserhaltungssatz besagt, dass in einem isolierten System, wenn zwei Objekte mit Masse mit bestimmten Geschwindigkeiten kollidieren, der Gesamtimpuls der beiden Objekte vor der Kollision gleich dem Impuls der beiden Objekte nach der Kollision ist.

Mit anderen Worten, der -Impuls, den ein Objekt verliert, wird durch ein anderes Objekt gewonnen, wodurch der Gesamtimpuls im System konstant gehalten wird. Dieses Phänomen spielt eine bedeutende Rolle, wenn ein Spieler versucht, das Vorwärtskommen des Ballträgers zu stoppen.

Mathematisch wird die Impulsgleichung wie folgt angegeben,

M1 x v1 = – m2 x v2

Geschossbewegung – den Ball kicken

Es gibt keinen besseren Sport als den Football, um das Konzept der Geschossbewegung und Parabeln zu demonstrieren.

Ein Geschoss ist jeder Gegenstand, der in die Luft geschleudert oder geschleudert wird, und die einzige auf den Gegenstand wirkende Kraft ist die Schwerkraft. Im wirklichen Leben wird der Flug eines Geschosses jedoch auch von anderen Kräften beeinflusst, wie Wind und Luftwiderstand, die aus dem Luftwiderstand resultieren.

Wenn ein Spieler den Ball kickt, wird er zu einem Geschoss und folgt einer gekrümmten Bahn, die in der Mathematik als Parabel bekannt ist. Diese gekrümmte Bewegung ist darauf zurückzuführen, dass die Schwerkraft die Geschwindigkeit des Balls ab dem Moment, in dem der Spieler den Ball tritt, kontinuierlich verringert.

American Football Ball kicken
Der Ball durchläuft eine parabelförmige Luftbahn beim Wurf oder Kick

Wenn der Ball den höchsten Punkt seiner Flugbahn erreicht, wird die Geschwindigkeit des Footballs null, und von da an beginnt er schnell zu fallen. Da die Schwerkraft konstant ist, sind die beiden Variablen, die über die Flugbahn des Objekts entscheiden, die Geschwindigkeit und der Winkel, aus dem das Objekt abgeschossen wird.

Das Ziel eines Spielers ist es, den Ball entweder so weit wie möglich zu kicken oder manchmal die Hängezeit zu verlängern, und hier wird die Wissenschaft der Geschossbewegung nützlich.

Der Ball reist am weitesten, wenn der Spieler den Ball in einem Winkel von 45 Grad kickt. In ähnlicher Weise muss ein Spieler, um eine große Höhe zu erreichen, versuchen, den Ball in einem 90-Grad-Winkel zu kicken.

Satz des Pythagoras – der Verfolgungswinkel des Verteidigers

American Football Pythagoras
Durch Pythagoras den Gegenspieler schneller erreichen

Der Satz des Pythagoras besagt, dass das Quadrat der Hypotenuse gleich der Summe der beiden anderen Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks ist. Aber in welcher Beziehung steht dieses Theorem zum Fussball?

Die Antwort liegt in der Berechnung des Verfolgungswinkels, d.h. der Entfernung, die der Verteidiger zurücklegen muss, um einen Ballträger zu attackieren.

Ein Spieler, der den besten Verfolgungswinkel finden kann, hat die besten Chancen gegen einen Gegner. Indem man ein wenig Wissenschaft in die Mischung einfließen lässt, können die Spieler beachtliche Ergebnisse aus ihrem Spiel erzielen.

Schlussfolgerung

Fussball ist ein hochenergetischer Sport, der von Menschen aus allen Teilen der Welt beobachtet wird. Die Wissenschaft dahinter ist jedoch nur wenigen bewusst. Von der Balldynamik bis zum Kickwinkel hat alles im Fussball eine wissenschaftliche Seite.

Wenn Sie das nächste Mal zusehen, wie Ihre Lieblingsmannschaft auf dem Spielfeld ins Schwitzen gerät, um den Ball über das Spielfeld in Richtung Endzone des Gegners zu befördern, achten Sie auch etwas mehr auf die Dynamik des Spiels. Sie werden erstaunt sein, die verborgene Wissenschaft zu finden.