Forskare från fakulteten för hälso- och idrottsvetenskap vid University of Tsukuba använde aerodynamiska experiment för att empiriskt testa flygegenskaperna hos en ny fotbollsboll med fyra paneler som antogs av engelska Premier League i år. Baserat på projektil- och vindtunneldata, de beräknade drag- och sidokrafterna och fann att den nya bollen var marginellt stabilare än tidigare versioner men kanske inte flyger lika långt. Detta arbete kan bidra till att förbättra designen av framtida sportutrustning.

Sportspelare vet att miljontals dollar i lön och potentiella rekommendationer kan stå på spel under varje match. Fotbollsspelare klagar ofta på bollens aerodynamiska egenskaper eftersom ett slumpmässigt fladder under flygning kan förvandla ett ofarligt skott till ett mål. Fotbollar av gamla skolan har 32 paneler, med en blandning av hexagoner och femhörningar. På senare tid, toppfotbollsligorna har experimenterat med versioner med 6 paneler med remsor som liknar en volleyboll. Inför den nya säsongen, engelska Premier League har introducerat Flight 2020 Soccer Ball av Nike, som annonseras som att ha gjutna spår som ger konsekvent flygning.

Nu, forskare vid Tsukuba University har testat dessa påståenden med vindtunnelexperiment. De mätte luftmotståndskoefficienten för bollen, tillsammans med två tidigare modeller, som en funktion av Reynolds-talet. Reynolds nummer, en viktig parameter i vätskedynamik, styr övergången från jämnt till turbulent flöde. Enligt författaren professor Takeshi Asai, "vid låga Reynolds siffror, mjukt flöde uppstår, eftersom viskositet kan dämpa turbulens. Med höga Reynolds siffror, kaotiska luftvirvlar kan leda till instabila och oförutsägbara flygmönster."

Laget hittade ett ökat motstånd vid höga Reynolds-siffror för den nya bollen. Detta ledde till minskad flygräckvidd men kan också ha minskat sidokrafter som kan destabilisera banan. Detta gällde särskilt i den "asymmetriska" orienteringen av bollen, när ett av spåren var vänt framåt. "De mindre fluktuationerna i sido- och lyftkrafterna hos Flight 2020 indikerar att det är mindre sannolikt att uppleva oregelbundna förändringar i banan, vilket möjligen leder till större stabilitet under flygning, säger professor Asai.

Teamet tillskrev delvis denna avvägning i stabilitet på bekostnad av räckvidd till ökad ytjämnhet. Detta fynd kan vara användbart för att designa annan sportutrustning för att öka betydelsen av skicklighet och minska effekten av tur.