Como en cada Copa del Mundo, en la Copa Mundial de la FIFA 2022 en Qatar, los jugadores usarán una nueva pelota. Lo último que quieren los competidores es que la pieza más importante del equipo en el torneo más importante del deporte más popular del mundo se comporte de maneras inesperadas, por lo que se necesita mucho trabajo para asegurarse de que cada nuevo balón de la Copa Mundial les resulte familiar a los jugadores.
Soy profesor de física en la Universidad de Lynchburg y estudio la física de los deportes. A pesar de las controversias sobre la corrupción y los problemas de derechos humanos en torno a la Copa del Mundo de este año, todavía hay belleza en la ciencia y la habilidad del fútbol. Como parte de mi investigación, cada cuatro años hago un análisis del nuevo balón de la Copa del Mundo para ver qué se necesitó para crear la pieza central del juego más hermoso del mundo.
La física del arrastre
Entre tiros a puerta, tiros libres y pases largos, muchos momentos importantes de un partido de fútbol suceden cuando la pelota está en el aire. Entonces, una de las características más importantes de un balón de fútbol es cómo viaja por el aire.
A medida que una pelota se mueve a través del aire, una capa delgada de aire en su mayoría quieto llamada capa límite rodea una parte de la pelota. A bajas velocidades, esta capa límite solo cubrirá la mitad frontal de la pelota antes de que el aire que fluye se desprenda de la superficie. En este caso, la estela de aire detrás de la pelota es algo regular y se llama flujo laminar.
Sin embargo, cuando una pelota se mueve rápidamente, la capa límite se envuelve mucho más alrededor de la pelota. Cuando el flujo de aire finalmente se separa de la superficie de la pelota, lo hace en una serie de remolinos caóticos. Este proceso se llama flujo turbulento.
Al calcular cuánta fuerza imparte el aire en movimiento sobre un objeto en movimiento, llamado arrastre, los físicos usan un término llamado coeficiente de arrastre. Para una velocidad dada, cuanto mayor es el coeficiente de arrastre, más arrastre siente un objeto.
Resulta que el coeficiente de arrastre de una pelota de fútbol es aproximadamente 2,5 veces mayor para el flujo laminar que para el flujo turbulento. Aunque pueda parecer contradictorio, hacer rugosa la superficie de una bola retrasa la separación de la capa límite y mantiene la bola en un flujo turbulento por más tiempo. Este hecho de la física, que las bolas más ásperas sienten menos arrastre, es la razón por la que las bolas de golf con hoyuelos vuelan mucho más lejos de lo que lo harían si las bolas fueran lisas.
Cuando se trata de hacer un buen balón de fútbol, la velocidad a la que el flujo de aire pasa de turbulento a laminar es fundamental. Esto se debe a que cuando ocurre esa transición, una pelota comienza a disminuir drásticamente su velocidad. Si el flujo laminar comienza a una velocidad demasiado alta, la bola comienza a desacelerarse mucho más rápido que una bola que mantiene un flujo turbulento por más tiempo.
Evolución de la pelota de la Copa del Mundo
Adidas ha suministrado balones para la Copa del Mundo desde 1970. Hasta 2002, cada balón se fabricó con la construcción icónica de 32 paneles. Los 20 paneles hexagonales y los 12 pentagonales estaban hechos tradicionalmente de cuero y cosidos entre sí.
Una nueva era comenzó con la Copa del Mundo de 2006 en Alemania. El balón de 2006, llamado Teamgesit, constaba de 14 paneles sintéticos lisos que se unieron térmicamente en lugar de coserlos. El sello pegado más apretado mantuvo el agua fuera del interior de la pelota en los días lluviosos y húmedos.
Hacer una pelota con nuevos materiales, con nuevas técnicas y con un menor número de paneles, cambia la forma en que la pelota vuela por el aire. Durante las últimas tres Copas del Mundo, Adidas trató de equilibrar el número de paneles, las propiedades de las costuras y la textura de la superficie para crear balones con la aerodinámica adecuada.
El balón Jabulani de ocho paneles de la Copa Mundial de Sudáfrica 2010 tenía paneles texturizados para compensar las costuras más cortas y una menor cantidad de paneles. A pesar de los esfuerzos de Adidas, el Jabulani fue un balón controvertido, y muchos jugadores se quejaron de que desaceleró abruptamente. Cuando mis colegas y yo analizamos la pelota en un túnel de viento, descubrimos que la Jabulani era demasiado suave en general y, por lo tanto, tenía un coeficiente de resistencia más alto que la pelota Teamgesit de 2006.
Los balones de la Copa del Mundo de Brasil en 2014, el Brazuca, y Rusia en 2018, el Telstar 18, tenían seis paneles de formas extrañas. Aunque tenían texturas superficiales ligeramente diferentes, generalmente tenían la misma rugosidad superficial general y, por lo tanto, propiedades aerodinámicas similares. En general, a los jugadores les gustaron Brazuca y Telstar 18, pero algunos se quejaron de la tendencia de Telstar 18 a explotar fácilmente.