В специальном выпуске подкаста StarTalk Sports Edition известный астрофизик Нил Деграсс Тайсон, его коллеги Чак Найс и Гэри О'Рейли, а также профессор физики Эрик Гофф обсудили влияние науки на Чемпионат мира по футболу 2022 года в Катаре. В центре внимания оказался официальный мяч турнира Al Rihla от компании Adidas, чья уникальная геометрия и аэродинамические свойства в корне изменили тактику современных футбольных матчей. Участники дискуссии разобрали физические механизмы поведения спортивных снарядов в воздухе, а также затронули острые социально-политические проблемы организации главного футбольного праздника планеты.
⚽ От «Телстара» до «Аль-Рила»: Эволюция официальных мячей ЧМ 3:23
Немецкий спортивный гигант Adidas удерживает эксклюзивный контракт на производство официальных мячей для Чемпионатов мира по футболу с 1970 года. Вплоть до турнира 2002 года в Японии и Южной Корее компания придерживалась классического дизайна Бакминстера — структуры из 32 панелей, состоящей из черных пятиугольников и белых шестиугольников. Такая контрастная расцветка изначально преследовала чисто утилитарную цель: сделать мяч максимально заметным на экранах черно-белых телевизоров того времени. С приходом эпохи смартфонов и цветного телевидения высокой четкости необходимость в черно-белой схеме отпала, что развязало руки дизайнерам и инженерам.
Каждые четыре года Adidas выпускает принципиально новый мяч, который розничные сети продают по цене порядка 150–180 долларов США. Как отметил профессор Эрик Гофф, эти снаряды мгновенно сметаются с полок, что объясняет огромную коммерческую мотивацию бренда постоянно обновлять дизайн. При этом принимающая Чемпионат мира страна получает право дать мячу уникальное имя и определить его цветовую палитру. Снаряд 2022 года получил название Al Rihla (в устоявшейся русской транскрипции — «Аль-Рила»), что в переводе с арабского означает «Путешествие».
Главная инженерная задача при проектировании — сделать объект идеально круглым, однако современные технологии ушли далеко от простой сшивки кожаных лоскутов. На смену традиционной геометрии пришли сложные формы панелей, напоминающие лепестки, для стыковки которых, по шутливому замечанию профессора Гоффа, требуется ученая степень по топологии. Смена формы панелей, их количества, глубины швов и текстуры поверхности радикально меняет физику полета и аэродинамику снаряда, напрямую диктуя стиль игры, который команды демонстрируют на поле.
🌬️ Кризис сопротивления: Извлеченные уроки «Джабулани» 6:04
В классической физике существует парадоксальный на первый взгляд факт: если сделать сферу идеально гладкой и отполированной, то сила лобового сопротивления воздуха при ее движении на высоких технологических скоростях существенно возрастет. Именно поэтому шероховатость поверхности критически важна для спортивных снарядов. Яркими примерами служат 108 двойных стежков на бейсбольном мяче или 330 димплов (углублений) на мячике для гольфа — эта искусственная неровность помогает снизить аэродинамическое сопротивление.
В 2010 году на Чемпионате мира в ЮАР Adidas совершил технологическую ошибку, выпустив мяч Jabulani («Джабулани»). Инженеры сократили количество панелей с 14 (как у мяча Teamgeist в 2006 году) до рекордных 8. Несмотря на нанесенную текстуру, снаряд оказался слишком гладким. Профессор Эрик Гофф подробно объяснил возникший из-за этого физический феномен, называемый «кризисом сопротивления» (drag crisis):
- При движении мяча на высокой скорости поток воздуха вокруг него является турбулентным.
- При падении скорости ниже определенного порога турбулентный поток резко переходит в ламинарный.
- В момент этого перехода коэффициент лобового сопротивления снаряда лавинообразно взлетает вверх.
У мяча Jabulani этот критический переход происходил на скорости около 50 миль в час (примерно 80 км/ч). Когда летящий после мощного удара мяч замедлялся до этой отметки, он внезапно тормозил и начинал вилять в воздухе, напоминая легкий пляжный мяч.
По словам Гэри О'Рейли, такое поведение снаряда разрушило привычную тактику многих команд. Футболисты, чей стиль строился на длинных диагональных передачах на 40–60 ярдов, потеряли точность, поскольку при сильном ударе мяч неизбежно преодолевал барьер в 50 миль в час и становился неуправляемым. В результате голкиперы были в ярости из-за непредсказуемой траектории, а целым сборным пришлось экстренно перестраивать модель игры на короткие пасы. Единственной стороной, оставшейся в выигрыше, оказалась ФИФА, поскольку хаос у ворот увеличил результативность матчей, сделав зрелище более привлекательным для новых коммерческих рынков.
🧪 Секреты аэродинамики: Как исправляли ошибки в Бразилии и России 23:18
Осознав провал 2010 года, Adidas пересмотрел подход к проектированию. В 2014 году для мундиаля в Бразилии был создан мяч Brazuca («Бразука»). Инженеры пошли на хитрость: они сократили число панелей до 6, но сделали их линии извилистыми. В результате общая длина швов на Brazuca выросла на 68% по сравнению с Jabulani. Сами швы стали шире и глубже, а текстура панелей — более грубой на ощупь. Эта компенсирующая шероховатость позволила сдвинуть кризис сопротивления на гораздо более низкие скорости, вернув полету предсказуемость.
На Чемпионате мира 2018 года в России использовался мяч Telstar 18. Он также состоял из 6 панелей, но совершенно иной конфигурации. Общая длина его швов была на 30% больше, чем у Brazuca. Чтобы сохранить баланс и не сделать мяч избыточно тормозящим, инженеры уменьшили ширину и глубину швов, а саму поверхность панелей сделали чуть более гладкой.
При разработке Al Rihla для Катара Adidas кардинально изменил стратегию:
- Количество панелей увеличили до 20 штук.
- Конструкция включает 8 треугольных лепестков и 12 панелей, форма которых напоминает мороженое-рожок (frozendrumsticks).
- Общая длина швов всего на 6% превышает показатели Brazuca.
Чтобы компенсировать такое соотношение швов на 20 панелях, Adidas впервые применил технологию текстурирования Speed Shell. В отличие от прошлых моделей, где элементы текстуры выступали наружу (тиснение), на Al Rihla выполнены микроуглубления, уходящие внутрь панели. По сути, инженеры частично скопировали аэродинамический профиль мяча для гольфа. Кроме того, из соображений экологичности при производстве Al Rihla использовались только водорастворимые чернила и клеи.
🌪️ В ветровой трубе: Действительно ли «Аль-Рила» — самый быстрый мяч? 11:10
Для анализа аэродинамических свойств Al Rihla профессор Эрик Гофф и его коллеги из Университета Цукубы в Японии задействовали специализированные ветровые трубы. Процесс таких испытаний требует жесткой фиксации: внутри мяча закрепляется металлический стержень-опора, из-за чего тестируемый образец полностью уничтожается. Датчики фиксируют силы, действующие на снаряд при различных скоростях воздушного потока, моделирующих реальные игровые ситуации.
Поскольку закрепленный на стержне мяч невозможно эффективно вращать, ученые параллельно используют метод анализа траекторий. Для этого снаряд выстреливается из специальной пневматической пушки с заданным вращением, а высокоскоростные камеры фиксируют его полет, позволяя математически вычислить коэффициенты аэродинамического сопротивления. Эрик Гофф признал, что современное компьютерное моделирование (гидрогазодинамика, CFD) развивается быстрыми темпами, однако цифровые модели пока отстают от реальных тестов в ветровых трубах, так как запрограммировать микротекстуру каждого шва в CAD-файл крайне сложно.
Adidas официально утверждал, что Al Rihla — самый быстрый мяч в истории Чемпионатов мира. Лабораторные тесты Эрика Гоффа показали неоднозначные результаты. При высоких скоростях в определенных пространственных ориентациях коэффициент сопротивления действительно оказался чуть меньше, чем у предшественников, но в других ориентациях разницы не было.
Однако физики обнаружили другую важную аномалию: Al Rihla показал рекордно низкое сопротивление на малых скоростях — в районе 20 миль в час (около 32 км/ч). По мнению Эрика Гоффа, громкий слоган Adidas о «самом быстром мяче» является по большей части продуктом технического маркетинга. Тем не менее, Гэри О'Рейли подчеркнул, что снижение сопротивления на малых скоростях дает колоссальное преимущество командам, проповедующим стиль «смерти от тысячи пасов» (например, сборным Испании или Аргентины). Короткие передачи низом по траве на таком покрытии ускоряют динамику игры, подвергая жесткому тесту организованность обороны соперника.
⚖️ Асимметрия ниппеля и футбольная геометрия 31:23
Профессор Нил Деграсс Тайсон обратил внимание на важный элемент конструкции, нарушающий идеальную симметрию сферы — воздушный клапан (ниппель). На мяче Al Rihla этот узел сделан более утопленным вглубь панели по сравнению с прошлыми моделями, а его диаметр всего в полтора раза превышает ширину технологического шва. Тем не менее, он создает незначительную асимметрию массы.
Гэри О'Рейли поделился инсайдом из профессионального футбола: при исполнении штрафных ударов игроки часто скрупулезно и методично устанавливают мяч так, чтобы точка удара приходилась ровно на отверстие клапана. Профессионалы эмпирически нащупали то, что подтверждает физика — удар в эту зону из-за локального изменения деформации стенок со стопроцентной вероятностью приводит к полету по типу наклбола (эффекту невращающегося виляющего снаряда).
Физика контакта с мячом базируется на распределении импульса:
- Удар строго по центру сферы максимизирует линейный импульс и минимизирует угловой — мяч летит с максимальной скоростью вперед без вращения.
- Смещение точки контакта относительно центра создает плечо силы и генерирует крутящий момент (торк).
- Удар внешней стороной стопы закручивает мяч, порождая эффект Магнуса и знаменитые траектории «банановых ударов».
- Удар «под мяч» создает обратное вращение (бэкспин), а накат сверху — переднее вращение (топспин).
🏟️ Кондиционеры в пустыне и политические споры вокруг ЧМ 33:51
Проведение турнира в Катаре поставило перед инженерами суровые климатические вызовы. Хотя матчи перенесли на ноябрь и декабрь, когда температура опускается со смертоносных летних 52°C (125°F) до приемлемых значений, открытые стадионы все равно нуждались в охлаждении. Почти все арены турнира были оборудованы гигантскими системами кондиционирования.
Нил Деграсс Тайсон объяснил высокую энергоэффективность такого решения с точки зрения термодинамики: холодный воздух плотнее теплого, поэтому он концентрируется внизу чаши стадиона и не улетучивается наружу, действуя по принципу открытых холодильных витрин в супермаркетах. В качестве примера экологической гибкости Гэри О'Рейли привел один из стадионов Катара, полностью собранный из более чем 700 морских контейнеров, который был разработан с целью последующего полного демонтажа и переработки после финального свистка.
Несмотря на инженерные успехи, Чак Найс выступил с резкой критикой в адрес организаторов турнира, назвав уровень коррупции в ФИФА и Международном олимпийском комитете (МОК) абсолютно неприемлемым. По утверждению Найса, колоссальные вложения в размере 330 миллиардов долларов представляют собой классический «спортвошинг» — попытку авторитарного государства отбелить свою международную репутацию за счет демонстрации роскошного спортивного шоу.
Найс провел прямую историческую параллель с Олимпийскими играми 1936 года в нацистской Германии, отметив, что тогда планы Гитлера были сорваны триумфом темнокожего атлета Джесси Оуэнса. Нил Деграсс Тайсон добавил, что спортвошинг имеет глубокие корни, напомнив о Чемпионате мира 1934 года, который принимала фашистская Италия во главе с Бенито Муссолини. По свидетельству профессора Гоффа, даже высшее руководство ФИФА впоследствии публично признало выбор Катара в качестве хозяина чемпионата ошибкой. Кроме того, Чак Найс обратил внимание на трагический гуманитарный аспект — ужасающие и опасные условия труда мигрантов, на чьих жизнях и здоровье была построена вся ультрасовременная инфраструктура катарского мундиаля.
🌎 Будущее мундиалей: Континентальный масштаб и эко-стандарты 39:03
Дискуссия завершилась обсуждением будущих спортивных событий. Следующий мужской Чемпионат мира примет североамериканский континент — матчи пройдут одновременно в Канаде, Мексике и США. Профессор Гофф также напомнил о грядущем женском Чемпионате мира в Австралии и Новой Зеландии, выразив надежду, что прогрессивные лидеры этих стран, такие как Джасинда Ардерн, используют внимание миллиардной аудитории для продвижения глобальной экологической повестки.
Гэри О'Рейли спрогнозировал, что ключевым драйвером изменений в спортивной индустрии станет новое, молодое поколение болельщиков:
- Современная молодежь жестко сфокусирована на вопросах этики и устойчивого развития.
- Они готовы тратить деньги на билеты и мерч только при условии выполнения строгих социальных обязательств.
- В будущем международным федерациям придется ставить галочки напротив пунктов об экологии, правах рабочих и прозрачности бюджетов еще на этапе подачи заявок.
В финальном раунде коротких итоговых реплик Чак Найс призвал сделать футбол по-настоящему красивой игрой, полностью искоренив из него коррупцию и рабский труд. Гэри О'Рейли выразил надежду, что новые технологии Adidas сделают матчи более зрелищными и результативными, а профессор Эрик Гофф призвал зрителей помнить, что наука способна дарить человеку не меньше искреннего восторга и страсти, чем самые драматичные моменты на футбольном поле.
