Amerikansk fodbold, fysik og videnskaben bag skandalen om den piftede bold

Nyhederne rapporterer, at 11 ud af de 12 bolde, som New England Patriots brugte i AFC-mesterskabet mod Indianapolis Colts, havde fået lukket luft ud af sig.

Reglerne påkræver, at en bold har et dæktryk (psi) på 13. Et dæktryk betyder, hvor stort et lufttryk, der er inde i enten et dæk eller i dette tilfælde en bold. Boldene havde dog kun et dæktryk, der lå på cirka 11. Det vil sige, at trykket var 2 psi lavere, end reglerne påkræver.

Den mest besynderlige og uforklarlige sportsskandale i mands minde er altså en realitet.

Stadig mange spørgsmål står ubesvarede:

• Hvorfor kunne et hold overhovedet finde på at pifte boldene?
• Kunne der være en anden forklaring?
• Og allervigtigst; hvad kan fysik fortælle os om alt det her?

New England fans' førsteprioritet er at finde en harmløs forklaring.

Balloner og bildæk bliver jo også fladere, når vejret er koldt, så måske er det ganske enkelt temperaturforskellen, der er skyld i trykændringen?

Har fysikken svaret på de flade bolde?

Idealgasligningen er en af grundreglerne i fysik. Den kan bruges til at forklare, at en reduktion i temperatur fører til en reduktion i tryk.

Lufttrykket i en gas, der eksempelvis befinder sig inde i et dæk eller en bold, ganget med dens massefylde er proportionel med antallet af molekyler i gassen ganget med temperaturen.

Måske husker du ligningen PV=nRT fra dine skoledage?

Hvis man afkøler en gas, mens massefylden er konstant, vil trykket falde.

Men vi behøver ikke ligninger for at undersøge det. Vi kan demonstrere det lige nu og her.

Eneste 'naturlige' forklaring: Bolden har ligget i en sauna

Jeg fik fat i et par gamle fodbolde fra idrætsafdelingen på , pumpede dem op og lagde dem i fryseren. Efter en nat på køl var trykket faldet med cirka 2 psi - ligesom Patriots’s fodbolde. Mine boldes dæktryk var faldet fra cirka 19 psi som udgangspunkt (jeg pustede en smule ekstra luft i boldene ved hjælp af en bildækpumpe) til cirka 17 psi.

Temperaturforskellen fra 20ºC på mit kontor til -23ºC i min fryser var ekstrem, men selvom lave temperature kan bruges som forklaring på et fald i dæktrykket, duer forklaringen ikke i denne sammenhæng.

Det ville nemlig kræve, at temperaturen havde matchet temperaturerne under Super Bowl i 1967, der har fået det karakteristiske tilnavn Ice Bowl. Her måtte spillerne nøjes med minus 26 grader og en chill-faktor, der lå på minus 44 grader.

Til sammenligning blev søndagens kamp spillet i silende regn i 10ºC, så medmindre boldene havde ligget i en sauna før kampen, kan termodynamikken ikke bruges som Patriots alibi.

Derfor opdagede kontrollanterne ikke, at der var noget galt

Hvis man forestiller sig, at der var lukket luft ud af boldene med vilje, hvad ville virkningen så være? Ville det lavere tryk gøre boldene lettere og mere aerodynamiske eller måske gøre det muligt at kaste og sparke mere præcist og langt?

Det er et andet spørgsmål, der let kan besvares med idealgasligningen.

Fodboldens massefylde ændres ikke meget ved tryk, så for at lukke luft ud så dæktrykket falder med 2 psi, kræver det, at den indvendige gasmængde reduceres med 15 procent. Dog er luft per definition meget let.

Luften i en fuldt oppustet fodbold tæller kun 10 gram af dens masse (det svarer til cirka 2,5 procent af den totale masse) og ved at pifte luft ud af den, reduceres den kun med et gram eller to.

Det kan være en af grundene til, at kontrollanterne ikke opdagede, at noget var i gære under kampen. Forandringen i boldens vægt har været for lille til at blive opdaget. Særligt i dårligt vejr, hvor regnen muligvis har lagt mere til boldens masse, end luftudslippet formindskede.

Der foreligger en eksperimental bekræftelse på dette. I 2006 foretog TV-showet ‘Mythbusters’ et forsøg, hvor de udskiftede luften i en fodbold med helium, for at se om en fodboldspiller ville være i stand til at sparke den længere.

Reduktionen i massefylden, ved at udskifte luft med helium, er langt større end en reduktion i lufttrykket, der svarer til 2 psi. ‘Mythbusters’ fandt dog ikke, at præstationen blev forbedret. Faktisk var den luftfyldte ballon en smule bedre, da den ekstra masse gjorde den en smule mindre påvirket af luftmodstand.

Det er ikke et spørgsmål om fysik, men fysiologi

I sidste ende har det at lukke luft ud af en fodbold mere at gøre med fysiologi end fysik.

En bold, der er en smule flad, er også en smule blødere, hvilket gør den lettere at holde fast på og lettere at kaste. Samtidig er modstanden, der opstår, når bolden rammer modtagerens hænder, reduceret, hvilket også gør den lettere at gribe.

Det kan man se i selv frosne fodbolde. Selvom kulden gør læderet stivere, er boldene mere fleksible, når de klemmes, end før de var en tur i fryseren.

Det er en fordel for quarterbacks og receivers at spille under kølige og regnfulde betingelser, hvor bolden bliver våd og glat.

Vender vi blikket tilbage mod Patriots-kampen er det mest forvirrende ved hele historien imidlertid ikke selve bolden, men derimod kampens slutresultat. Patriots vandt nemlig kampen med hele 45-7, og bankede dermed Colts synder og sammen.

Den minimale fordel, de ville have opnået ved et bedre tag på bolden, kan ikke forklare et så skævt resultat.

Vi giver bolden videre til psykologiens mysterier

Når Patriots er så meget bedre end Colts, hvorfor skulle de så have behov for at snyde med boldene og risikere at blive opdaget?

Det er et spørgsmål, som ikke engang en idealgasligning kan løse.

For at forstå det, skal man muligvis forstå hele psykologien bag Patriots træneren Bill Belichick. Og det er et mysterie, som er alt for kompliceret i denne omgang.

Chad Orzel hverken arbejder for, rådfører sig med, ejer aktier i eller modtager fondsmidler fra nogen virksomheder, der vil kunne drage nytte af denne artikel, og har ingen relevante tilknytninger. Denne artikel er oprindeligt publiceret i The Conversation.