Futbolda “top yuvarlaktır, ne olacağı belli olmaz” derler. Peki neden? işin çoğu pek tabii futbolcunun ayağında bitse de, araştırmalara göre kullanılan topun tasarımı maçın kaderi üstünde azımsanamayacak kadar önemli bir yere sahip. Hatırlarsanız, futbolcuların bir kısmı 2010 dünya kupasının resmi topu Jabulani hakkında “kararsız” ve “ne yöne gideceği kestirilemiyor” tarzında eleştirilerde bulunmuşlardı. Gerçekten de öyle miydi? Peki 2014 dünya kupasının resmi topu Brazuca ne durumda?

Hayatın her alanında olduğu gibi futbol topunda da bilim başrolde. isterseniz önce futbol topunun yapısına ve de akışkan dinamiğine ufak bir giriş yapalım, sonra da yukarıdaki soruları birlikte cevaplayalım.

Meşin değil, polimer yuvarlak

Futbol topunu anlamaya önce malzemeden başlayalım. Futbol topuna meşin yuvarlak diye hitap etmekte inat etsek de meşin artık mâzide kaldı. Meşin, yani tabaklanmış koyun derisi yerine günümüz futbol topları yüksek esnekliğe ve toparlanma kabiliyetine sahip polimerlerden üretiliyor. Ağırlıklı olarak kullanılan malzeme ise poliüretan. Brazuca da ağırlıklı olarak poliüretandan üretilmiş [1]. Ana malzeme olarak meşin yerine polimer kullanımının sebebi ise aynı karakter ve kaliteye sahip toplar üretebilmek. Meşinden imal edilen bir topun esnekliği, ağırlığı ve bir çok fiziksel özelliği postun sahibi hayvanın hayat hikayesine oldukça bağlı olacağından birbiriyle aynı özelliklere sahip toplar üretebilmenin en mantıklı yolu sentetik malzemeler.

Polimerlerin üretiminde kullanılan hammaddenin saflığı ve üretim süreci kolaylıkla kontrol edilebildiği için üretimde belli bir standarda ulaşmak ve bu standardı korumak oldukça kolay. Polüretan da araba konsollarından spor ayakkabıların tabanına kadar istenilen esneklikte üretilebilen bir polimer. Kullanılan hammadde karışımına göre bu esneklik istenildiği gibi ayarlanabiliyor. Tahmin ediyorum Brazuca’nın poliüretan formulasyonu esneklik ve darbe sonrası toparlanma konusunda da (japon çizgifilmlerinde vuruş sonrası yumurta şeklini alan topları hatırlayın) en uygun kıvama getirilmiş. Dolayısıyla Brazuca’nın üreticileri mantıklı bir seçim yapmış malzeme konusunda. Tabii, malzeme işin sadece bir tarafı. Topun kaderini belirleyen diğer etmen ise tasarımı.

Top yuvarlaktır

Doğru, ama şeytan ayrıntıda gizlidir. Şekil olarak futbol topu yuvarlak, yani küresel olsa da onu bir küreden ayıran en önemli şeyi yüzeyi. Futbol topunun yüzeyi küre gibi yekpâre değil, birbirine dikişlenmiş yamalardan oluşuyor. Gerçi Brazuca’nın yamaları ısıl (termal) olarak birbirlerine kaynaklanmış olsa da, dikişli toplarda olduğu gibi burada da yamaların sınırlarıyla oluşan yivler mevcut. Bu yamaların şekli ve aralarındaki yivlerle birlikte topun yüzeyindeki pürüz de topa havadaki nihai karakterini kazandırıyor. Bunu daha iyi anlamak için önce akışkan dinamiğine biraz değinmemiz gerekiyor.

Sıvı veya gaz olsun farketmez, akışkanların içinde hareket eden bütün nesneler sürüklenmeye maruz kalırlar. Sürükleme kuvvetinin miktarı ise akışkanın yoğunluğu, nesnenin hızı, nesnenin akışa dik gelen kesit alanı ve de nesnenin sürükleme katsayısıyla doğru orantılıdır [2].

Akışkanın yoğunluğuyla sürüklenme de artar. Mesela, bir nesnenin sudaki sürüklenmesi havadakinden kat be kat daha fazladır. Bütün diğer değişkenler sabit kalmak şartıyla, nesneler artan hızla birlikte daha fazla sürüklenmeye maruz kalırlar. Nesnenin akış yönüne dik kesit alanı ne kadar düşükse, sürükleme kuvveti de o kadar azalır. Hızlı hareket eden bütün balıkların enlemesine dar, boylamasına uzun olmasının sebebi de bu.Sürükleme katsayısı ise nesnenin şekli, akışkandaki hizası ve hızından başka akışkanın akmazlığına bağlı da değişen bir sayıdır. Bu katsayı ne kadar küçükse, sürükleme kuvveti de o kadar düşük olur. Bir kürenin sürükleme katsayısı orta ve yüksek hızlarda 0,47 ve 0,1 arasında değişirken, bu değer modern otomobiller için 0,3, yağmur damlası içinse 0,04 civarındadır [3]. Yani havada aynı hızda hareket eden bir topun üzerindeki sürükleme kuvveti bir yağmur damlasına kıyasla 10 kata kadar fazla olabilir.

Sürükleme kuvvetinden başka önemli olan bir diğer konu ise nesnenin akışkandaki hareketi boyunca sergilediği kararlılığı. Bu da yine nesnenin şeklinden başka yüzeyindeki pürüze, yani girinti ve çıkıntılarına bağlıdır.

Bütün bu bilgileri konumuzla birleştirirsek, akışkanımızın (havanın) ve nesnemizin kesit alanının (dairenin) bütün durumlar için aynı olduğunu söyleyebiliriz. Bundan başka, bütün topları eğer aynı hızda incelersek, akışkanda yol alan nesnenin hızının da artık bir değişken olmadığını görürüz. Dolayısıyla elimizde futbol topları arasındaki farkı ortaya çıkaran sadece iki etmen kalıyor: Topun sürükleme katsayısı ve yüzeyi.

Rüzgar tünelinde bir top

Japonya’da iki bilim insanının resmi futbol toplarıyla yaptığı bilimsel bir çalışma kısa bir süre önce saygın bilim dergilerinden Nature’da açık erişime sunuldu [4]. Bu çalışmada Brazuca ve Jabulani dahil 5 çeşit futbol topunun performansları sistematik bir şekilde test edilmiş. Çalışmanın ilk kısmında toplar, normalde uçak ve otomobil gibi araçların tasarımında kullanılan bir rüzgâr tüneli içine yerleştirilmiş ve değişik hızlardaki hava akımına karşı tepkileri incelenmiş. Çalışmada göz önünde bulundurulan en önemli parametre ise topların hava akımına karşı hizası. Çünkü her bir top yamalarının şeklinden dolayı birden fazla şekilde hava akımına karşı hizalanabilir ve bu da topun havadaki gidişatını görünüşe göre önemli ölçüde etkileyebiliyor (Resim 1).