Seule une poignée de chercheurs ont étudié pourquoi un ballon de football américain vole dans une trajectoire aussi unique, traversant les airs avec une précision remarquable, mais aussi déviant, vacillant et même culbutant lorsqu'il fonce vers le bas. Aujourd'hui, les experts en balistique du Stevens Institute of Technology ont, pour la première fois, appliqué leur compréhension des obus d'artillerie pour expliquer ce mouvement unique, créant le modèle le plus précis à ce jour du vol d'un ballon de football en spirale.

"Lorsqu'un quart-arrière fait une bonne passe en spirale, la trajectoire de la balle est remarquablement similaire à celle d'un obus d'artillerie ou d'une balle, et l'armée a investi d'énormes ressources dans l'étude de la façon dont ces projectiles volent", a expliqué John Dzielski, chercheur chez Stevens. professeur et ingénieur en mécanique dont les travaux sont publiés dans Open Journal of Engineering de l'American Society of Mechanical Engineers. "En utilisant des équations balistiques bien comprises, nous avons pu modéliser le vol d'un ballon de football plus précisément que jamais."

En fait, dit Dzielski, alors que les équations balistiques elles-mêmes ne sont pas terriblement complexes, les mouvements qu'elles prédisent peuvent l'être. Les équations contiennent de nombreux termes qui représentent toutes les façons dont l'air peut affecter le mouvement d'un obus. Le premier défi consistait à considérer chaque variable tour à tour pour déterminer celles qui sont importantes lorsqu'elles sont utilisées dans un contexte nouveau ou différent.

Dzielski et le co-auteur Mark Blackburn, chercheur principal chez Stevens, ont d'abord adopté une approche exhaustive - modélisant tout, de la latéralité d'un quart-arrière à l'effet des vents de travers, en passant par l'impact de la rotation de la Terre - puis ont dérivé des équations qui supprimaient les facteurs qui ne n'influence pas sensiblement la trajectoire de vol d'un ballon de football. Par exemple, lors d'un passage de 60 mètres, la rotation de la Terre modifie le point final du passage de seulement quatre pouces. "Il s'avère que la rotation de la Terre n'a pas beaucoup d'effet sur une passe de football, mais au moins maintenant, nous le savons avec certitude", a déclaré Dzielski.

La modélisation du vol d'un ballon de football met en lumière ce qui sépare les bonnes passes des mauvaises. Dzielski et ses collègues ont non seulement montré qu'une passe en spirale peut osciller à un rythme lent ou à un rythme rapide (ou une combinaison des deux), mais ont également été les premiers à calculer quelles sont ces fréquences pour un ballon de football. Si le ballon vacille lentement, c'est qu'il a bien été lancé. S'il oscille rapidement, le quart-arrière s'est tordu le poignet (comme tourner un tournevis) ou s'est poussé sur le côté lorsque le ballon a été relâché. Le poignet s'est peut-être tordu parce que le quarterback a été touché.

"Les quarts-arrière et les entraîneurs le savent déjà intuitivement, mais nous avons pu décrire la physique au travail", a déclaré Dzielski.

Une autre découverte, plus surprenante, était que l'effet Magnus, qui fait glisser ou dévier une balle de baseball en rotation en raison des changements de pression atmosphérique, a remarquablement peu d'effet sur un ballon de football en rotation. Un ballon de football tourne le long du mauvais axe pour déclencher l'effet Magnus, de sorte que toute déviation de la trajectoire de vol doit provenir d'une source différente, telle que la portance créée lorsqu'un ballon s'incline dans les airs, a expliqué Dzielski. "Beaucoup de gens croient que les ballons de football s'écartent à gauche ou à droite à cause de l'effet Magnus, mais ce n'est pas du tout le cas. L'effet de la force Magnus est environ le double de l'effet de la rotation de la Terre", a-t-il déclaré.

De plus, Dzielski et Blackburn ont montré, pour la première fois, que cette embardée est intimement liée à la raison pour laquelle la balle se retrouve à piquer à la fin de la passe lorsqu'elle est lancée avec le nez vers le haut.

Bien que les travaux de Dzielski et Blackburn représentent le modèle le plus précis de la trajectoire de vol d'un ballon de football à ce jour, Dzielski a averti que davantage de travail était encore nécessaire. Parce qu'un ballon de football tourne et culbute pendant qu'il se déplace, il est presque impossible d'utiliser des études en soufflerie pour enregistrer avec précision l'aérodynamique d'un ballon de football en mouvement. "Cela signifie que nous n'avons pas encore de bonnes données pour alimenter notre modèle, il est donc impossible de créer une simulation précise", a-t-il déclaré.

Dans les mois à venir, Dzielski espère trouver un financement pour des instruments capables de capturer les données aérodynamiques d'un ballon de football en vol libre dans des conditions réelles, et pas seulement dans des souffleries. "C'est la seule façon d'obtenir le type de données dont nous avons besoin", a-t-il déclaré. "Jusqu'à ce moment-là, une manière vraiment précise et exacte de modéliser la trajectoire d'un ballon de football restera hors de portée." + Explorer plus loin

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