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

Allgemeines:

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)