Fußball im Strömungskanal

Wie gut ein Fußball fliegt, hängt vor allem davon ab, ob und welche Verwirbelungen im Flug über seiner Oberfläche entstehen. Um dies zu demonstrieren, haben NASA-Forscher verschiedene Fußbälle in Strömungskänale gesteckt: klassische scharzweiße Lederbälle ebenso wie den WM-Ball „Brazuca“. Hier ist ein Lederball im laserbeleuchteten Strömungsbecken zu sehen.

Jeder Ball fliegt anders und deshalb müssen sich die Spieler vor jeder Fußball-WM erst einmal an den jeweiligen WM-Ball gewöhnen. Einen großen Einfluss auf das Flugverhalten haben dabei die Nähte – ihre Zahl, Form und Tiefe und die Oberflächenbeschaffenheit. Denn sie verändern die Luftströmungen um den Ball während des Fluges – und sorgen mal früher mal später für Verwirbelungen und Turbulenzen.

„Nahe der Balloberfläche bildet sich dabei eine dünne Grenzschicht – ihr Zustand und ihr Verhalten sind kritisch für die Performance des Balls“, erklärt Rabi Mehta vom Ames Research Center der NASA in Moffet Field. Gleichzeitig bildet sich hinter dem Ball eine Unterdruck-Zone – hier am orangefarbenen Rauch zu erkennen. Je größer sie ist, desto bremst sie den Ball ab und verringert damit die Reichweite eines Schusses.

Um diese Strömungen sichtbar zu machen, haben die NASA Forscher verschiedene Fußbälle in einen Windkanal und in ein spezielles Strömungsbecken gelegt (Video). Ihre Tests zeigen, dass der aktuelle WM-Ball „Brazuca“ in seiner Aerodynamik überraschend stark den klassischen Lederbällen ähnelt. Denn bei beiden Brazuca beginnt die Grenzschicht schon bei Fluggeschwindigkeiten von knapp 50 Kilometern pro Stunde zu verwirbeln und Turbulenzen zu bilden.

Das klingt erst mal wie ein Nachteil, ist es aber nicht. Denn wenn dieser Wechsel von glatt zu turbulent geschieht, dann vollführt der Ball einige ziemlich erratische Bewegungen auf dem Weg ins Netz. Das zeigte sich bei Jabulani, dem WM-Ball von 2010: Seine glatte Oberfläche ließ die Turbulenzen erst bei etwa 80 Kilometern pro Stunde entstehen – und damit dem Tempo eines klassischen Schusses in einem Spiel.

Im Gegensatz dazu erzeugt der Brazuca mit seinen tieferen Nähten und winzigen Grübchen auf der Oberfläche schon bei rund 50 Stundenkilometern eine turbulente Strömung. Das macht seine Flugbahn sehr viel berechenbarer. „Die Spieler werden mit diesem Ball zufriedener sein, er ist stabiler im Flug und fühlt sich eher wie ein traditioneller Fußball aus 32 Flecken an“, sagt Mehta. Vieles spricht daher dafür, dass Brazuca ein echter „Torhüter-Ball“ ist: Ein Ball, der so stabil fliegt, dass der Keeper seine Bahn gut voraussehen kann und daher auch gute Chancen hat, ihn zu halten – vorausgesetzt er springt nicht in die völlig falsche Ecke des Tores.