Beckham pregunta:

¿Por qué cuando pateamos un balón de fútbol alcanza muchas más velocidad si este nos viene en sentido contrario, que si éste está quieto?

Responderé a tu pregunta con otra pregunta Beckham: ¿Por qué un balón que rebota contra una pared llega más lejos cuando viene contra ella muy rápido, si lo comparamos con otro balón que llega lento?... La pared no es sospechosa de participar dando efecto al balón o nada parecido, ni siquiera una humilde patadita. La respuesta está en tres palabras: energía potencial elástica.

Interesante

Antes de meternos en harina, hay que demostrar un postulado básico para nuestra tesis. Llamemos a un invitado al que pocos esperaban ver en un post como éste.

jajaja gracias por invitarme!

Invoquemos a Albert Einstein. Einstein, en su Relatividad Especial o restringida (la primera, la de 1905, la de E=mc2), afirmó que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío. Una de las consecuencias de esta afirmación es que no existen los cuerpos incompresibles. En efecto, todo cuerpo que choque con otro sufrirá algún grado de deformación, ya sea temporal (cuerpos elásticos) o permanente (cuerpos inelásticos o plásticos). Veamos por qué:

Imaginemos una pelota que choca contra una cabeza. Imaginemos que la pelota está hecha del material más duro del Universo, un material cuyos átomos están tan fuertemente ligados entre ellos que no hay fuerza humana que consiga separarlos. La velocidad da igual.

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La parte delantera de la pelota, cuando entra en contacto con la cabeza, sufre una fuerza que la frena. Es posible que la cabeza se rompa, es posible que no, pero lo que nos importa es que la cabeza contra la que choca la pelota la está frenando. Los primeros en notar el frenazo son los átomos “de delante” de la pelota. Esos átomos notan la fuerza de la pared, se desaceleran e interaccionan con los átomos de la pelota que vienen detrás, frenándolos a su vez…

Ya voy entendiendo

El caso es que la velocidad a la que se van desplazando estas interacciones entre los átomos de la pelota nunca podrán superar la velocidad de la luz (si pudieran superarla, podríamos fabricarnos un telégrafo morse que transmitiera impulsos vibratorios a velocidad superlumínica, cosa imposible según las leyes conocidas de la física), por lo que los átomos del final de la pelota seguirán moviéndose hasta que la onda de compresión les alcance. ¿Y qué pasa cuando a un sólido se le van frenando los átomos de delante mientras los de detrás siguen moviéndose a la velocidad inicial? Que se deforma, por compresión. 

La pelota siempre se deforma. La cabeza, por dura que sea, también se deforma.
Así pues, hemos empezado demostrando que al impactar un balón a una cabeza, éste se deforma. Ahora nos acercamos al proceso de pegarle una patada a un balón:

1.- En un primer momento, el pie, que suele tener una velocidad de entre 15 y 20 m/s, entra en contacto con la pelota. Se produce la primera deformación a medida que el pie sigue avanzando y la pelota no se mueve muy rápido todavía.

2.- En una segunda parte, la deformación alcanza su máximo, la pelota va cada vez más rápido y alcanza la velocidad del pie.

3.- En una última etapa, la pelota llega a moverse más rápido que el pie y sale disparada ayudada por la energía elástica que ha almacenado al deformarse, que la propulsa, apoyándose en el pie, para abandonar el contacto con éste a una velocidad mayor que la del propio pie (hasta 38 m/s, unos 140 km/h, si uno es Roberto Carlos).

Gráficas de la fuerza ejercida sobre el balón (en rojo) y la velocidad del mismo comparada con la velocidad del pie que lo impulsa (en azul). Nótese que el balón alcanza la velocidad del pie antes de que éste deje de golpearlo, y comienza entonces la expansión que propulsará al balón aún a mayor velocidad.

Lo estas entendiendo Beckham?

si creo que si

Una pelota de fútbol que llega a nosotros a gran velocidad posee, si despreciamos su rotación, una cierta cantidad de energía cinética, que depende tanto de la masa como de la velocidad de la pelota. Cuando esa pelota choca contra un obstáculo, o sea, nuestro pie, que avanza hacia ella, la energía cinética que poseía el balón se convierte en energía potencial elástica, sumándose a la energía que le proporciona nuestro pie y provocando una compresión mayor del balón. Al liberar mayor energía en la compresión, el balón es equivalente a un muelle más comprimido, que saltará más lejos cuando lo liberemos que un muelle poco comprimido.

¡Ojo! ¡Nuestro pie también se comprime! Los tejidos y huesos de nuestro pie que entran en contacto con el balón sufren una compresión también. El grado de compresión depende de las masas relativas y la velocidad del choque. Por eso no es lo mismo golpear un balón de fútbol que un bolardo ▼

La energía potencial elástica también ayuda a explicar por qué se suele llegar más lejos al chutar dándole un punterazo al balón. La puntera del pie, al ser de menor superficie que el empeine, provoca mayor presión, lo cual deforma más el balón, que adquiere algo más de energía elástica que si le damos con todo el pie. Los buenos futbolistas le dan con el empeine para controlar la dirección y el efecto, pero con un punterazo se puede alcanzar mayor distancia.

ahora si entendiste Beckham?

Y eso es todo, Beckham. Resumiendo, cuando un balón llega a toda velocidad hacia vos ya trae una energía (cinética). Al patearlo, el balón se comprime más que si estuviera quieto, por lo que almacena mayor cantidad de energía potencial elástica, que libera de nuevo al rebotar, alcanzando una mayor distancia.

Gracias!! me quedo claro!!

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