Der Magnus Effekt – warum bewegen sich Fußbälle auf einer gekrümmten Bahn?

In diesem Kapitel befassen wir uns mit der Anwendung der Grundlagen der Mechanik und der Strömungslehre. Wir stellen uns die Frage, warum es möglich ist, dass ein im Fussball getretener Ball sich auf einer gekrümmten Bahn bewegt und nicht in die Richtung, in die der Ball getreten wird. Die Antwort lautet: Der Magnus Effekt, der auf einen rotierenden Körper in einer Strömung (Luft, Wasser) einwirkt, lässt sich wie eine Querkraft beschreiben. Auf den rotierenden Körper (in diesem Fall der Ball) wirkt eine zur Strömungsrichtung senkrecht wirkende Kraft (=> daher wird dies auch als Querkraft bezeichnet).

Der Magnus Effekt

Der Magnus Effekt lässt sich aber nicht nur im Fussball beobachten, sondern auch bei allen Vorgängen, wenn sich (bevorzugt) eine Kugel aber auch andere rotierende Körper gleichzeitig um die eigene Achse dreht und sich durch ein Medium (z.B, Luft oder Wasser) bewegt. Der rotierende Körper befindet sich also in einer Strömung. Betrachten wir das am Beispiel des Fussballs:

Der Magnus Effekt

Was wir bereits aus den Grundlagen der Mechanik kennen, zeigt sich auch hier wieder. Die Teilchen in dem Medium (z.B. Luft) strömen beiden Seiten des Fussballs nicht mit der gleichen Geschwindigkeit vorbei. Durch die Rotation des Fussballs (in der Strömung) werden die Teilchen auf der Oberseite des Fussballs abgebremst und auf der Unterseite des Fussballs beschleunigt. Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Teilchen (des Mediums) sorgen für einen unterschiedlichen Druck auf den beiden Seiten des Fussballs (Druck kann man sich bekanntlich vorstellen, als die Zahl von Teilchenstößen auf eine Fläche. Bewegen sich die Teilchen schneller, liegen auch mehr Stöße in der gleichen Zeit vor, weshalb der Druck höher ist).

Die durch dem Magnus Effekt resultierende Kraft lässt sich daher berechnen, mit Hilfe der Formel: F2 – F1 = p2 · A – p1· A  => F = ∆p · A   (A = die von der Strömung betroffene Fläche, im Falle des Fussballs die Querschnittsfläche). Diese resultierende Kraft (Magnus Effekt) ist immer senkrecht zur Strömungsrichtung und auch senkrecht zur Rotationsachse.

Wie merkt man sich den Magnus Effekt einfach (=> in welche Richtung wird der rotierende Körper abgelenkt)?

Die Geschwindigkeit mit der die Teilchen (des Mediums) am rotierenden Körper vorbeiströmen, beeinflusst den Druck. Das Druckungleichgewicht zwischen Ober- und Unterseite führt zu einer resultierenden Kraft. Der rotierende Körper (in diesem Fall unser Fussball) wird in die Richtung der Seite abgelenkt,auf der sich die Oberfläche mit den Teilchen des Mediums bewegt. Damit können wir nun alle in Zukunft perfekte Freistöße “schießen” (sofern wir unsere Taschenrechner und Messgeräte für die Luftgeschwindigkeit auf dem Fussballfeld dabei haben)


Der Magnus Effekt – warum bewegen sich Fußbälle auf einer gekrümmten Bahn? – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist der Magnus-Effekt?

Der Magnus-Effekt ist ein Phänomen, bei dem ein rotierender Körper in einer Flüssigkeits- oder Gasströmung eine quer zur Anströmrichtung versetzte Bahn erfährt.

2. Welchen Einfluss hat der Magnus-Effekt auf einen Fußball?

Der Magnus-Effekt beeinflusst die Flugbahn eines rotierenden Fußballs aufgrund des veränderten Luftdrucks auf jeder Seite des Balls.

3. Wer entdeckte den Magnus-Effekt?

Der Physiker und Chemiker Heinrich Gustav Magnus entdeckte den Effekt, der seinen Namen trägt.

4. Wie wird der Magnus-Effekt in anderen Sportarten genutzt?

Der Magnus-Effekt wird auch in Sportarten wie Tennis, Baseball und Golf genutzt, um die Flugbahn des Balls zu beeinflussen.

5. Wie kann der Magnus-Effekt beeinflusst werden?

Die Stärke des Magnus-Effekts kann durch die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit und des Anstellwinkels eines Balls beeinflusst werden.

6. Erläutere das Prinzip des Magnus-Effekts anhand eines Beispiels aus dem Fußball.

Bei einem Freistoß im Fußball kann der Spieler den Ball so treten, dass er rotiert, wodurch der Ball eine gekrümmte Flugbahn, anstatt einer geraden, nimmt. Das ist der Magnus-Effekt.

7. Was passiert physikalisch beim Magnus-Effekt?

Beim Magnus-Effekt tritt eine Kraft auf, die senkrecht zur Anströmrichtung und zur Drehachse wirkt und zu einer gekrümmten Flugbahn führt.

8. Welche Rolle spielt der Luftdruck beim Magnus-Effekt?

Der Luftdruck spielt eine entscheidende Rolle beim Magnus-Effekt. Sobald ein Ball in die Luft gekickt wird und sich dreht, entsteht auf einer Seite ein niedrigerer Luftdruck als auf der anderen, was die Flugbahn des Balls beeinflusst.

9. Wie hängen die Spin-Rate und der Magnus-Effekt zusammen?

Im Allgemeinen gilt: je höher die Spin-Rate (die Geschwindigkeit, mit der der Ball rotiert), desto stärker ist der Magnus-Effekt und desto stärker wird der Ball von seiner geraden Flugbahn abgelenkt.

10. Was ist die Bernoulli-Erklärung in Bezug auf den Magnus-Effekt?

Die Bernoulli-Erklärung bezieht sich darauf, dass aufgrund der Beschleunigung der Strömung auf der Seite des Balls, die schneller rotiert, der Druck abnimmt. Dies führt zu einer Strömungsumlenkung und damit zu einer Kraft auf den Ball (Magnus-Effekt).