Science vs. Fiction Von platzenden Bällen und zerschossenen Toren

Die physikalischen Grenzen im Fußball

Seit Freitag muss auch international das Runde wieder in das Eckige – Die Fußball-EM ist gestartet und wir erwarten natürlich viele spektakuläre Fußball-Momente. Davon gab es im Laufe der Sportgeschichte schon viele: zerschossene Netze, zerplatzte Bälle, Schussgeschwindigkeiten fern ab von allem Denkbaren – aber auch im Fußball gibt es physikalische Grenzen.

Den Rekord für den schnellsten Schuss im Fußball hält bis heute der Brasilianer Ronny Heberson, einigen vielleicht noch bekannt aus seiner Zeit bei Hertha BSC. Er spielte vorher bei Sporting Lissabon und dort wurde in der Saison 2006/2007 bei einem seiner Freistöße eine Geschwindigkeit von rund 210 km/h gemessen – da will man nicht im Weg stehen, als Torwart zum Beispiel. Doch ist eine so hohe Geschwindigkeit überhaupt möglich?

Physiker Henry Holland-Moritz kann besser rechnen als Ball spielen
Bildrechte: Anne C. Brantin

Diese hohe Geschwindigkeit ist unmöglich. Das hängt mit Impuls- und Energieerhaltung zusammen. Ein Ball kann deshalb maximal die vierfache Anlaufgeschwindigkeit eines Spielers oder einer Spielerin haben. Bei 210km/h hätte Ronny mit mehr als 50km/h anlaufen müssen – und das schafft nicht einmal Usain Bolt.

Physiker Henry Holland-Moritz

Beim Schuss von Ronny Heberson handelt es sich also höchstwahrscheinlich um einen Messfehler. Normal sind bei Freistößen oder Elfmetern Geschwindigkeiten um die 130 km/h.

Bälle unter Druck

Nicht immer hält ein Ball diese Belastung aus. So wie im Bundesligaspiel zwischen Bayern und Köln: Da schoss Daniel van Buyten einen Freistoß und daraufhin platzte der Ball. Doch so logisch, wie es klingt, ist es nicht. Legt man einen Fußball in eine hydraulische Presse, hält er bis zu 5.000 Newton aus, bevor er platzt – das ist so viel, als würde eine halbe Tonne Gewicht auf dem Ball liegen - und das auch nur, wenn er nicht ausweichen kann. Das heißt auf dem Fußballfeld müsste die Kraft sogar noch größer sein und das wäre mit Sicherheit auch nicht förderlich für das Fußballer-Bein. Aber wenn man sich den Schuss von Daniel van Buyten ganz genau anschaut, dann sieht man, dass der Ball auch erst platzt, nachdem ein zweiter Spieler hineingrätscht.

Ich vermute, dass hier der Aufprall auf den Stollen des grätschenden Spielers dafür gesorgt hat, dass er platzt. Wenn die gesamte Beinkraft des Fußballers auf nur eine ganz kleine Fläche trifft, dann wirkt die Kraft viel punktueller – und das erhöht dort eben den Druck. An der Sporthochschule Köln haben sie mal die Kräfte gemessen, die bei einem Schuss wirken und sind auf bis zu 4000 N gekommen. Wenn wir davon ausgehen, dass die über den Stollen am Fußballschuh auf einen Quadratzentimeter Ball treffen, dann entsteht ein Druck von 400 bar. Und das ist schon echt viel, wenn man bedenkt, dass aus einem Hochdruckreiniger nur etwas mehr als 100 bar kommen. Da, kann ich mir vorstellen, hält der Kunststoff des Fußballs vielleicht wirklich nicht stand.

Physiker Henry Holland-Moritz

Wenn das Runde ins Eckige geht

Sonst würden wir ja auch ständig sehen, dass Bälle platzen und das wäre für die Fußballclubs ziemlich teuer. Da reicht es schon, wenn die immer mal wieder die Tornetze flicken müssen, so wie 2017 beim Spiel Schalke gegen Mainz. Dem Siegtor von Schalker Sead Kolasinac hatte das Netz nichts entgegenzusetzen, und so musste es erst aufwendig repariert werden, bevor die Partie weiter gehen konnte. Dass das nicht häufiger passiert, liegt an der Kraft, die dafür nötig ist.

Das können wir relativ einfach ausrechnen über Masse und Geschwindigkeit: Der Ball darf laut FIFA höchstens 450 g wiegen. Als Geschwindigkeit nehmen wir mal die 130km/h. Und jetzt nehmen wir noch an, der Ball wird grob geschätzt innerhalb 0,1 sek auf 0 km/h runtergebremst. Das alles setzen wir in unsere Formal F=m*a ein und da kommt raus: 252 N. Das ist allerdings eine relativ kleine Kraft, die hält das Netz locker aus, typische Sportnetze reißen ab etwa 1000 N aufwärts.

Physiker Henry Holland-Moritz

Halten wir also fest: Bälle und Netze können beim Fußball kaputt gehen, aber der Grund dafür ist weniger die Stärke des Schusses, sondern eher unglückliche Umstände oder Materialfehler.

Überraschende Spins

Bleibt noch eine Sache: Bälle, die wie durch Zauberhand – oder in diesem Fall wohl eher Zauberfuß – die Richtung ändern. Sogenannte Spins sorgen beim Fußball immer wieder für richtig schöne Tore.

Ist bei YouTube DER Fußball-Experte
Bildrechte: David Muñoz

Ich denke da zuerst an diesen weltberühmten Freistoß von Roberto Carlos gegen Frankreich, wo man erst denkt, der Ball geht meterweit vorbei - und dann zieht der noch rum und landet im Netz. Man kann solche Flugkurven sowohl bei Schüssen mit dem Außenrist – wie bei Carlos – als auch bei solchen mit dem Innenrist wie bei Lionel Messi beobachten. Der hat 2019 in der Champions League gegen Celtic Glasgow gleich zwei solcher Tore in nur einem Spiel gemacht.

Fußball-Experte Manu Thiele

Hier spielt der sogenannte Magnuseffekt eine Rolle, benannt nach dem deutschen Physiker Heinrich Gustav Magnus. Der hat herausgefunden, dass ein sich drehender Ball eine dünne Luftschicht um sich hat, die sich mit dem Ball bewegt.

Diese Luftschicht beschleunigt die strömende Luft auf der einen und bremst die Luft auf der anderen Seite ab. Und das wiederum löst den Bernoulli-Effekt aus. Das heißt: Weil nun die schnell strömende Luft einen geringeren Druck hat, wirkt eine Kraft senkrecht zur eigentlichen Bewegungsrichtung des Balls und dieser wird dadurch abgelenkt.

Physiker Henry Holland-Moritz

Im Zauber des Fußballs steckt also wie in allen Dingen furchtbar viel Physik, und die setzt dem Zauber auch seine ganz natürlichen Grenzen.

Tobias Ossyra mit Physiker Henry Holland-Moritz
Bildrechte: Anne C. Brantin

Info: Wenn Sie wissen möchten, welche Grenzen die Physik dem Fußball noch auferlegt oder sich schon immer gefragt haben, was einem ohne Anzug im Weltall blüht – schauen Sie doch mal auf unserem YouTube-Kanal "Science vs. Fiction" vorbei. Dort finden Sie auch die aktuelle Folge zu "Tsubasa", die wir gemeinsam mit Fußball-Experte Manu Thiele und Physiker Henry Holland-Moritz produziert haben.

0 Kommentare