Что внутри футбольного мяча
Футбольный мяч
Мяч — в футболе, предмет сферической формы, параметры которого регламентируются Правилом 2 Правил игры в футбол.
Содержание
История
На начальном этапе развития футбола мяч изготавливали из мочевых пузырей животных, которые быстро приходили в негодность, если по ним наносили достаточно сильные удары. Технология производства мяча качественно изменилась с открытием Чарльзом Гудиером в 1838 году вулканизированного каучука. В 1855 году Гудиер представил первый мяч, изготовленный из резины. Применение резины позволило усилить качество отскока мяча и его прочность.
Конструкция
Футбольный мяч состоит из трёх основных компонентов: покрышки, подкладки и камеры.
Покрышка
Изначально покрышка изготовлялась из натуральной кожи. Сейчас в основном применяют синтетику, поскольку кожа впитывает воду и мяч набирает вес. Как правило, применяют материал PU (полиуретан) или PVC (поливинилхлорид). Большинство современных мячей состоят из 32 водонепроницаемых панелей, 12 из них имеют пятиугольную форму, 20 — шестиугольную. Панели футбольного мяча сшивают нитками ручным или машинным способом, или склеивают.
Конструкция из этих 32 многоугольников называется усечённый икосаэдр — достаточно близкая к шару геометрическая фигура, компромисс между несферичностью и количеством швов на покрышке. Сферическая форма придаётся мячу за счёт давления воздуха, закачанного внутрь. Первый такой мяч был произведён в Дании в 1950 году фирмой Select и получил в Европе широкое распространение. Всемирно стал употребляться после чемпионата мира 1970 года, на котором были такие мячи, произведённые фирмой Адидас. До этого употреблялся мяч, состоящий из 18 продолговатых частей и шнуровкой, по устройству похожий на современные волейбольные мячи. Эта конструкция достаточно распространена и до сих пор.
В 2004 году компания Adidas впервые представила Roteiro — официальный мяч чемпионата Европы по футболу 2004. Панели Roteiro были скреплены между собой принципиально новым методом — технологией термального соединения. Финал чемпионата мира по футболу 2006 года в Германии был сыгран мячом Teamgeist. Впервые с 1970 года компания Adidas отступила от традиционной 32-панельной конфигурации покрышки и представила 14-панельный мяч. Панели мяча были скреплены методом термального соединения. Официальным мячом чемпионата мира по футболу в Южной Африке в 2010 году был Adidas Jabulani. Структура футбольного мяча состоит из 8 панелей, также скреплённых друг с другом термальным методом.
Подкладка
Внутренняя прослойка между покрышкой и камерой занимает подкладка. Качество футбольного мяча напрямую зависит от толщины подкладки. Она влияет на качество отскока мяча и помогает сохранить его форму. Материалом для изготовления служит полиэстер или спрессованный хлопок. Современный профессиональный футбольный мяч состоит из четырёх и больше слоев подкладки.
Камера
Изготавливается из синтетического бутила или натурального латекса, иногда из полиуретана. Латексная камера сохраняет воздух менее продолжительное время, чем бутиловая. Но латексная камера имеет преимущество по сравнению с камерами, изготовленными из бутила или полиуретана по трём основным параметрам: мягкость, отскок и эластичность.
Интересный факт — как более узнаваемая, формулировка с упоминанием формы футбольного мяча применяется к описанию атомарной решётки простейшего из фуллеренов
Качество и параметры
Размеры
Мячи этого размера используются в основном с целью рекламы и производятся с отображенными логотипами или надписями рекламного характера. Обычно они изготовлены из синтетических материалов, состоят из 32 панелей (12 пятиугольники и 20 — шестиугольники), и окружность их не превышает 43 см. По своей структуре мячи первого размера ничем не отличаются от стандартных мячей, лишь уступают им в размерах.
Мячи этого размера используются в основном с целью рекламы и для обучения детей в возрасте до четырёх лет. Мяч изготавливается из синтетических материалов, пластика или материала (поливинилхлорида). Максимальная длина окружности составляет 56 см, а масса не превышает 283,5 г. Мячи этого размера наилучшим образом подходят для тренировок и повышения техники владения мячом. Мяч может состоять из 32 или 26 панелей. Иногда на нём изображают логотипы, знаки и различные надписи рекламного характера.
Мячи этого размера предназначены для тренировок детей в возрасте до 8 лет. Масса мяча не превышает 340 г, а окружность не превышает 61 см. Обычно мячи этого размера состоят из 32 сшитых или склеенных панелей, изготовленных из синтетических материалов или поливинилхлорида. Иногда мячи этого размера сшивают из 18 или 26 панелей.
Мячи этого размера являются стандартными для мини-футбола, а также предназначаются для тренировок детей в возрасте до 12 лет. В соответствии с правилами ФИФА, мяч этого размера может быть изготовлен из кожи или других пригодных материалов, масса мяча может колебаться в пределах 369—425 г, а длина окружности должна находиться в пределах 63,5—66 см.
Замена повреждённого мяча
Мяч может быть заменён во время игры только по указанию судьи.
Расцветка
Старые мячи были монохромными, коричневыми, затем белыми. Впоследствии, для удобства трансляций на чёрно-белые телевизоры, мяч сделали пятнистым — с чёрными пятиугольниками и белыми шестиугольниками. Эта расцветка стала стандартом для мячей и символики в принципе. Существуют и другие мячи, например «Total 90 Aerow» от Nike, на который нанесены кольца, чтобы вратарю было проще определять вращение мяча. В матчах, проходящих на заснеженном поле или во время снегопада, применяются мячи яркой расцветки, преимущественно оранжевый.
По решению ФИФА на официальных играх любые эмблемы или реклама на мячах запрещены, кроме следующих:
Контроль качества мячей
Производство мячей
Из чего состоит современный футбольный мяч
Футбол один из самых любимых видов спорта. В него начинают играть мальчишки, только научившись ходить. С мячом они взрослеют, учатся, тренируются и становятся олимпийцами. Для хорошей зрелищной игры, помимо профессиональных качеств игроков, в футболе важен и его основной атрибут – мяч.
Немного истории
Первые игровые мячи прародителя футбола изготавливались из органов животных, чаще из мочевых пузырей. Кроме не очень презентабельного вида подобные изделия отличались низким качеством. От сильных ударов по ним – быстро лопались и сдувались.
Все изменилось в середине девятнадцатого века, после изобретения видоизмененного каучука – резины. Первый резиновый мяч был представлен футбольным командам почти сто пятьдесят лет назад в 1855. Резина изменила не только внешний вид любимого спортинвентаря, но и добавила ему прочности, повысив дополнительно упругость и прыгучесть. Чуть позже была придумана резиновая камера мяча и насос для надува.
1872 можно считать отсчетной датой стандартизации мяча для футбола. Было решено, что он имеет размер от 68,6 до 71.7 см, и вес 370-425 г. Немного увеличили массу в 1937, до используемых и поныне, 400-450 грамм. Производство серийное началось в 1888 двумя компаниями Митре и Томплинсон. Основу мяча составляла внутренняя камера, с покрышкой из натуральной кожи из восемнадцати частей поверху. В шестидесятых годах прошлого века начали изготавливать синтетические мячи. Сейчас они полностью заменили кожу.
Основные части современных мячей
С прежних времен состав спортизделия немного изменился. Современный мяч для игры состоит из трех частей:
Покрышка
В отличие от старой версии из кожи, набирающей дополнительный вес от влаги при использовании, новые делаются из синтетики. Чаще, для изготовления, берут полиуретан или схожий поливинилхлорид. Практически все они сшиты из тридцати двух водоотталкивающих частей:
двенадцати штук пятиугольной формы,
двадцати штук шестиугольной формы.
Варианты соединения частей могут отличаться: ручное сшивание, машинное или склеивание.
После соединения всех частей воедино получается сферическая фигура, типа шара, но отличная от него, за счет большого числа составляющих его многогранников. Сферичность добавляется, накачиванием внутрь воздуха.
Однако сфера из тридцати двух частей не единственно возможная конфигурация. В двухтысячные на крупнейших мировых чемпионатах использовались мячи из четырнадцати и даже восьми частей. Новое было и соединение – термальное.
Камера
Камера находится внутри сферы. На изготовление берется синтетический бутил, полиуретан, иногда латекс на натуральной основе. В чем их отличия?
Подкладка
Между камерой и покрышкой в современных моделях, как на https://www.ProBall.ru/catalog/futbolnye_myachi/, находится прокладка. И от этой новой составляющей зависит очень многое. Прыгучесть или отскок, сохранение сферической формы – все это зависит от толщины и размера прокладочной части. Прокладку делают из полиэстера или натурального спрессованного хлопка. В современном мяче для профессионалов не менее четырех слоев прокладочной части.
Отличия мячей по размерам
В мире футбола используют пять разных размеров мячей. Они отличаются не только по размерам, но и по назначению.
Сфера в 43 см используется в рекламных целях для нанесения логотипов бренда.
Сфера в пределах 62-64 см. Используется для мини-футбольных матчей и тренировок подростков до двенадцати лет. Вес в сухом виде колеблется 400-440 грамм.
Основной вид мяча для тренировок и матчей – размер пятый. Окружность 68-70 см, масса не более 450 грамм.
Основная расцветка, используемая на современных футбольных сферах – пятнистая, черно-белая. Иногда используются яркие расцветки, например, оранжевые. Это необходимо для их лучшей видимости.
Физика футбола
На вращающийся в воздухе мяч действуют две силы: подъемная сила и сила сопротивления. Подъемная сила тянет мяч вверх и вбок, что вызывает эффект Магнуса. Сила сопротивления действует против направления движения мяча.
Поэтому число Рейнольдса, при котором коэффициент лобового сопротивления падает, зависит от неровностей на поверхности мяча. Например, мячи для гольфа, которые покрыты углублениями, имеют достаточно высокую шероховатость поверхности и их коэффициент лобового сопротивления падает при относительно низком числе Рейнольдса (
2 × 10 4 ). Однако поверхность футбольного мяча более гладкая, чем у мяча для гольфа, поэтому критический переход происходит при гораздо большем числе Рейнольдса (
4 × 10 5 ).
В результе медленно летящий футбольный мяч подвергается воздействию относительно высокой силы торможения. Но если ударить по мячу достаточно быстро, чтобы воздушный поток вошел в турбулентный режим, тормозящая сила будет незначительной. 
Поэтому быстро летящий футбольный мяч представляет двойную неприятность для вратаря. Он не только движется с высокой скоростью, но и не замедляется настолько, насколько можно было бы ожидать. Так что на интуитивном уровне лучшим вратарям приходится понимать в физике гораздо больше, чем кажется на первый взгляд.
В 1976 году Питер Бирман и его коллеги из Имперского колледжа в Лондоне провели серию классических экспериментов с мячами для гольфа. Они обнаружили, что увеличение скорости вращения мяча увеличивает коэффициент подъемной силы а, следовательно, и силу Магнуса. Однако увеличение скорости полета мяча при одинаковой скорости вращения уменьшает коэффициент подъемной силы. Это означает, что на медленно летящий, но быстро вращающийся футбольный мяч будет действовать бóльшая отклоняющая сила, чем на быстро движущийся мяч, вращающийся с такой же скоростью. По мере замедления полета мяча в конце траектории кривая полета становится более ярко выраженной.
Однако исследователи заинтересованы не только в изучении движения мяча в полете, но и того, как футболист бьет по мячу. Они изучают кинематику удара без учета сторонних сил, а также проводят динамический анализ, принимающий во внимание такие силы. Экспериментальный подход дал отличные результаты, хотя многие проблемы все еще остаются нерешенными. Одной из наиболее острых проблем является сложность измерения физического передвижения людей, отчасти потому, что их движения весьма непредсказуемы. Тем не менее с помощью компьютеров можно проводить достаточно точные измерения параметров движения человека.
Два автора этой статьи и группа исследователей в университете Ямагата в Японии используют компьютеры в сочетании с более традиционными методами динамического моделирования ударов по мячу. Такой подход позволил создать различных «виртуальных» футболистов, от детей младшего возраста до профессионалов. За движениями игроков следила высокоскоростная видеокамера, снимавшая 4500 кадров в секунду, а воздействие ноги на мяч тщательно анализировалось компьютером. Сначала эксперименты показали, то что большинство игроков знает из собственного опыта: если ударить мяч подъемом ноги прямо по линии центра тяжести, мяч полетит строго по прямой. Однако если его ударить носком, сохраняя угол между голенью и ступней в 90 °, мяч полетит по кривой. 
Поскольку место удара смещено по отношению к центру, примененная сила действует в качестве крутящего момента, который, соответственно, придает мячу вращение.
Другой интересный эффект заключается в том, что даже при коэффициенте трения, равному нулю, мяч все равно приобретает некоторое вращение, если по нему ударить в стороне от центра тяжести. Хотя в этом случае нет периферийной силы вдоль окружности мяча (поскольку коэффициент трения равен нулю), тем не менее мяч деформируется по направлению к центру, то есть некоторая сила возникает около центра тяжести. Поэтому можно закручивать мяч и во время дождя, хотя скорость вращения тогда будет значительно меньше, чем при сухой погоде.
Конечно, такой анализ содержит ряд ограничений. Воздух вокруг мяча не был принят во внимание, а воздух внутри мяча рассматривался в соответствии с моделью сжатого вязкого потока. В идеале воздух внутри и снаружи мяча должен приниматься во внимание, а вязкость должна рассчитываться с помощью уравнений Навье-Стокса. Кроме того, поверхность ноги рассматривалась как однородная, хотя очевидно, что реальная нога устроена гораздо сложнее. С другой стороны, пусть модель и не была идеальной, все наиболее важные факторы были приняты во внимание.
Об авторах: Такеши Асал преподает на факультете образования университета г. Ямагата в Японии. Такао Акацука преподает на инженерном факультете того же университета. Стив Хаак является сотрудником Центра спортивной науки университета Шеффилд Халлэм в Великобритании.
Эволюция футбольного мяча
В 1836 году Чарльз Гудиер запатентовал вулканизированный каучук, а в 1855-ом спроектировал первый каучуковый футбольный мяч. Он до сих пор хранится в национальном футбольном зале славы, который расположена в Онеонте (Нью-Йорк, США)
В 1862 году изобретатель Лайндон разработал одну из первых надувных резиновых камер. Его целью было создать камеру, которая бы не взрывалась от каждого прикосновения ногой. Каучуковые камеры обеспечивали мячам форму и плотность. В 1863 году новоиспеченная Английская Футбольная Ассоциация собралась с целью разработать и обобщить правила новой игры — футбол. На первом собрании никто не предложил стандарты для футбольных мячей.А вот в 1872 году был определён регламент, который не менялся на протяжении ста с лишним лет и остается в сегодняшних правилах ФИФА (лишь в 1937 году вес мяча был увеличен с 13-15 унций до 14-16 унций).
Массовое производство футбольных мячей началось благодаря заказам английской футбольной лиги (основана в 1888 году). «Mitre» и «Thomlinson’s of Glasgow» были первыми компаниями, которые освоили в то время производство мячей. Эти фирмы убеждали покупателей, что главным конкурентным преимуществом их товара было то, что форма их мячей была неизменной. Качество и прочность кожи и швов — вот, что было их главным козырем. Самые лучшие сорта кожи брались с огузков туши коровы и шли на производство самых качественных моделей мячей. В то время как менее прочная кожа лопатки шла на производство более дешевых мячей.
Прогресс в дизайне кожаных сфер пришел с развитием направления взаимосвязанных групп. Они заменили привычные кожаные секции, которые сходились в северных и южных полюсах мяча. Нововведение позволило придать мячам более округлую форму.В 1900 году были созданы еще более прочные каучуковые камеры. Они могли выдерживать сильное давление. Все профессиональные мячи к тому времени, создавались на основе резиновых камер. Они покрывались грубой коричневой кожей. Большинство кожаных сфер имели покрытие с восемнадцатью секциями (шесть групп, по три полосы). Ненадутая камера вставлялась в заранее подготовленный разрез. Оставляли отверстие для последующего надувания мяча с помощью специальной трубки. После этого приходилось шнуровать покрытие.
Ранние мячи были прошиты шнурками. Более поздние игровые снаряды были сделаны из скрепленных в единое целое синтетических заплаток. Дизайн нового мяча был основанном на проекте «Мяч Бакминстера», более известном как «Buckyball». Американский архитектор Ричард Бакминстер и не помышлял о футболе. Он всего лишь пытался придумать новые способы строительства зданий с использованием минимума материалов. А получилась гениальная структура, которую сегодня знает любой болельщик.
Форма мяча Бакминстера представляет собой ряд шестиугольников и пятиугольников, которые состыковываются вместе, для придания мячу округлой формы. Современный мяч состоит из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников. Вместе они образуют собой близкую к совершенству сферу. Черные пятиугольники помогли игрокам более тонко чувствовать любые отклонения при полете мяча.
Кожаный мяч Telstar был сшит вручную из 32 элементов – 12 пятиугольных и 20 шестиугольных панелей – и стал самым круглым мячом тех лет. Его дизайн навсегда вошел в историю футбола. Белый мяч, украшенный черными пятиугольниками – Telstar (Star of Television, «Телезвезда») гораздо лучше заметен на черно-белом экране. Этот мяч стал прототипом последующих поколений.
«Telstar» Durlast — Германия 1974
В чемпионате мира в Германии в 1974 году «участвовали» два мяча. Для мячаTelstar это было уже второе появление, только логотип был теперь не золотым, а черным. Компания adidas представила также белую версию мяча – adidas Chile – в честь полностью белого мяча Кубка 1962 года в Чили. От Telstar 1970 года они отличались лишь рисунком, материалы и технологии остались теми же.
«Tango Riverplate» — Аргентина 1978
В 1978 году миру был представлен adidas Tango – модель, ставшая впоследствии «классикой дизайна». Хотя мяч был сшит из тех же 32 панелей, рисунок из 20 идентичных триад создавал впечатление 12 окружностей, опоясывающих мяч. Дизайн официальных мячей следующих пяти чемпионатов FIFA был основан именно на этой идее. Tango обладал также большей стойкостью к атмосферным воздействиям.
«Tango Espana» — Испания 1982
В 1982-м дизайн Tango 1978 года изменился несильно. А вот технологические изменения Tango Espana были более существенны. Мяч по-прежнему шили из кожи, но швы проклеили и сделали водонепроницаемыми. Это значительно повысило износостойкость и сократило поглощение воды мячом, а следовательно, минимизировало увеличение веса в мокрую погоду.
«Azteca» — Мексика 1986
«Etrusco» — Италия 1990
При создании adidas Etrusco Unico использовались только синтетические материалы. Etrusco Unico стал первым мячом, внутренний слой которого был выполнен из полиуретановой пены, благодаря чему мяч стал более живым, быстрым и совершенно водонепроницаемым. В имени и дизайне улавливается влияние древней истории Италии и культурного наследия этрусков. Три головы этрускских львов украшают каждую из 20 триад.
«Questra» — США 1994
Официальный мяч чемпионата 1994 года – воплощение высоких технологий. Использование внутреннего энерговозвращающего слоя полиуретановой пены позволило мячу стать мягче (то есть послушнее) и гораздо быстрее. Вдохновленный космическими технологиями и американским стремлением к звездам (Quest for the Stars, отсюда и название), Questra установил новые стандарты.
«Tricolore» — Франция 1998
Первый многоцветный официальный мяч чемпионата. Французский флаг и хвост петуха, традиционного символа Франции и Французской футбольной федерации, нашли отражение в названии и дизайне. В adidas Tricolore использовался слой синтетической пены с регулярной матрицей из прочных микроячеек, заполненных газом. Такая структура обеспечивала долговечность и хороший тактильный контакт с мячом.
«Fevernova» — Япония и Корея 2002
Это первый официальный мяч, дизайн которого отличался от традиционного мяча Tango 1978 года. Рисунок и цветовая гамма Fevernova навеяны культурой стран Дальнего Востока. Специальная прослойка из синтетической пены способствовала улучшению характеристик мяча, а трехслойный тканый каркас обеспечивал большую точность удара и предсказуемость траектории полета.
Мяч был специально создан к европейскому первенству 2004 в Португалии, с использованием самых современных технологий и материалов. С современного португальского языка название «Roteiro» переводится как «путеводитель, маршрут». Мяч вызвал много споров между игроками и вратарями, между сторонниками развития футбола и консерваторами. Действительно, для полевых игроков мяч идеален — легкий, удобный. А вот для вратарей он стал настоящим кошмаром из-за непредсказуемости траектории полета.
«Teamgeist» — Германия 2006
Впервые за 36 лет компания adidas отступила от классического 32-панельного дизайна. Каркас и панели, соединенные по технологии термосклейки, обеспечивают водонепроницаемость и более ровную поверхность, повышающую результативность ударов. Рисунок выполнен в черно-белой гамме – традиционных цветах немецкой сборной, с золотой окантовкой – символом Кубка мира, и покрыт прозрачным защитным слоем.
Предназначенный для южноафриканского чемпионата Jabulani – дитя технического прогресса. Он круглее круглого, глаже гладкого и водонепроницаемее водонепроницаемого. Кстати, он ничуть не легче и не меньше предыдущих мячей, как кажется некоторым. В стандарты ФИФА для веса и размера, которым уже больше семидесяти лет, он вписывается по верхней границе: вес – 440 г при норме 420-445 г, длина окружности – 69,0 см при норме 68,5-69,5 см.Одиннадцать разных цветов, используемых в Jabulani, одиннадцатый Чемпионат мира по футболу, играемый мячами компании Adidas. Эти 11 цветов представляют 11 игроков в каждой команде, 11 официальных языков в Южной Африке и 11 южноафриканских общин, которые делают эту страну одной из самых этнически разнообразных стран на африканском континенте. Красочный дизайн объединяет огромное разнообразие страны в гармоничном единстве. Четыре треугольных элемента дизайна на белом фоне придают мячу свой неповторимый облик в африканском стиле. И, как фасад Йоханнесбургского футбольного стадиона, отдельные элементы дизайна также охватывают красочность Южной Африки.
Но есть одна претензия, справедливость которой видна невооруженным глазом, –траектория Jabulani и его предшественника Teamgeist непредсказуема в некоторых условиях. А объединяет эти мячи одна важная деталь – оба они лишились мелких и одинаковых многоугольников в пользу крупных лоскутов разной формы. На Teamgeist их всего четырнадцать, на Jabulani и того меньше – восемь.
Стандарты ФИФА:Вес: 420 – 445 г («Танго 12» – 432 г)Потеря давления: макс. 20% («Танго 12» – 4%)Отскакивание: 135-155 см («Танго 12» – 142 см)Намокание: макс. 10% («Танго 12» – 0,3%)Сохранение формы: 2000 циклов («Танго» – 3500 циклов)
Сфера состоит из 32 термосклееных панелей. В дизайне «Tango 12» есть треугольные панели для правильной и стабильной траектории полёта мяча. Поверхность каждой панели помогает лучше контролировать мяч (для полевых игроков) и держать круглую сферу в руках. Под внешней поверхностью мяча расположен тканый каркас и новая камера для улучшенного содержания воздуха и снижение поглощения влаги.