【サッカーボールの物理学】2022年ワールドカップの空力特性に優れたボールデザイン

サッカーボールの物理学

「シュート」「フリーキック」「ロングパス」などは、試合を大きく左右します。

そのため、ボールが空中をどのように動くかは、選手やサポーターにとって非常に重要です。

サッカーボールの動きに影響を与える要素の1つに、流体力学における「層流と乱流」があります。

層流とは「規則正しい流れ」であり、乱流とは「不規則に乱れ、混ざり合っている流れ」です。

身近な例としては、水道の蛇口から出る水が挙げられます。

蛇口を小さく開けると水が規則正しく流れ（層流）、大きく開けると大量の水が乱れて流れ（乱流）るのです。

同じように、サッカーボールが空中を高速で移動するときには乱流を、低速で移動するときには層流を生じさせます。

蹴られたボールは徐々に減速するので、あるタイミングで乱流から層流に切り替わります。

そして層流がボールに与える抗力係数は乱流の2.5倍大きいので、乱流から層流に移行するときにボールのスピードは急激に落ちることになります。

つまり、乱流から層流に移行するタイミングをコントロールすることで、ボールの動きに大きな影響を与えられるのです。

では、どのようにコントロールできるのでしょうか？

ポイントは、ボールの表面を覆う薄い空気の層です。

ボールが空中を高速で移動すると空気の層に覆われますが、この空気の層が徐々にはがれて、ボールの後方で乱流を作っています。

そしてボールの表面を粗くすると、ボールを覆う空気の層がゆっくりと剥がれ落ちるため、乱流の時間が長くなり、減速しにくい「伸びのある」球筋になります。

これを実践しているのがゴルフボールであり、その表面に多数のくぼみがあるのは、滑らかな表面のボールよりも遠くに飛ばせるからです。

では、ワールドカップ公式サッカーボールでは、これらの特性がどのように考慮されてきたのでしょうか？