Futbol toplarının çarpışma dinamikleri
Collision dynamics of soccer balls
Yazar: ASIM TUNÇEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERDAR ARITAN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Spor Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Spor = Sports

Özet:
Bu çalışmanın amacı futbol toplarının çarpışma dinamiklerini belirleyerek çarpışma süresince meydana gelen enerji dağılımını (ÇSED) ortaya koymaktı. Farklı markalara ait toplar 3 farklı iç basınçta (0.6, 0.8, 1.0 bar) kırılmaz bir cama (1x1x0.007m) 9'ar kez atıldı. Topun camda bıraktığı izi ve çarpışma dinamiklerini belirlemek için iki adet yüksek hızlı kamera (Photron SA3, 120k, Japonya) kullanıldı. Kameralar senkronize edildi ve saniyede 6000Hz görüntü ve 1/10000 pozlama hızında kaydedecek şekilde ayarlandı. Tüm çarpışmalar girinti miktarı (GM), temas yüzey alanını (TYA), tepki kuvveti ve ÇSED belirlemek için Python programlama dili kullanılarak işlendi ve ÇSED yeni bir metodolojik yaklaşım geliştirilerek belirlendi. TYA, GM ve kuvvet sonuçlarının doğruluk kontrolü yapıldı. Verilerin doğruluğu belirlendikten sonra ÇSED hesaplandı. ÇSED sonuçlarının ortalaması (OTK) alınarak elde edilen sonuçların doğruluğu literatürde yer alan formül ile karşılaştırıldı. Kuvvet, TYA ve GM sonuçları, kök ortalama kare hatası ve Spearman sıra korelasyon analizi ile test edildi. ÇSED sonuçlarının doğruluğunu belirlemek için Student T Testi kullanıldı. Toplar arasındaki OTK ve GM'ye göre farklılıklar tek yönlü ANOVA testi ile incelendi. Farklılığın kaynaklandığı gruplar Tukey testi ile analiz edildi. Markaya göre 1.0 bar iç basınçta OTK değerleri arasında istatistiksel olarak anlamlı farklılık olduğu belirlendi (F=3,246, p<0,05). GM, 1.0 bar iç basınçta istatistiksel olarak anlamlı derecede farklıydı (F=4,838, p<0,05). GM ve ÇSED davranışı markalara göre önemli farklılıklar gösterdi. ÇSED, topun kalitesine bağlı, markadan bağımsız olarak daha yüksek iç basınç değerlerinde azalmıştır. Sonuç olarak bu çalışma, resmi futbol maçlarında top iç basıncının 0,6 ile 1,1 bar arasında değişebileceği dikkate alındığında, yüksek iç basınç değerlerinde top kalitesinin çarpışma dinamikleri açısından kritik bir faktör haline geldiğini ortaya koymuştur.
Anahtar Kelimeler: Futbol, çarpışma dinamiği, toparlanma katsayısı, enerji kaybı, top kalitesi

Abstract:
The purpose of this study was to present energy dissipation during the collision (EDDC) by determining the collision dynamics. The soccer balls' that have different brands were kicked nine times toward unbreakable tempered glass (TG) (1x1x0.007m) in three inner pressures (0.6, 0.8, 1.0 bar). The two high-speed cameras (SA3 120K, Japan) were used to determine collision dynamics and ball imprint area on TG. The cameras synchronized and were set to record 6000 Hz in a second and 1/10000 shutter speed.  All collision were processed to determine indentation amount (IA), contact surface area (CSA), force and energy dissipiation (ED) by using Python programming language, and a new methodological approach was developed for determine EDDC. The accuracy control for CSA, IA and, force results were made. EDDC was calculated after determining the truth of the obtained data. The accuracy of the results by taking average of the EDDC results (MED) was compared with the formula that was placed in the literature. The force results were analysed by Spearman's rank correlation. The CSA, model-experiment IA, and force results were analysed by root mean square error and Spearman's rank correlation. The Student-T Test was used for accuracy determination of EDDC results. The differences among the ball brands to the ED and IA were examined with one-way ANOVA test. Tukey test was used to determine for difference between groups, It was found that the MED was statistically significant different in 1.0 bar inner pressure according to ball brand (F=3.246, p<0.05). In addition, the IA was statistically significant different in 1.0 bar inner pressure  (F=4.838, p<0.05). IA and EDDC showed significant differences according to the brands. EDDC, depending on the ball quality, decreased at higher inner pressure values regardless of the brand. Consequently, the present study exhibited that ball quality becomes a critical factor in collision dynamics at high inner pressure values, considering that ball inner pressure may vary between 0.6 and 1.0 bar in official soccer matches.
Keywords: Soccer, collision dynamics, impact, coefficient of restitution, ball quality, energy dissipation