Magnusov jav

Magnusov jav alebo Magnusov efekt je bežne pozorovaný, keď sa dráha točiacej sa lopty, stáča preč od pôvodného smeru pohybu. Je dôležitý v mnohých loptových hrách. Ovplyvňuje rotujúce projektily a má niekoľko technických využití, napríklad v rotorových lodiach a lietadlách s Flettnerovým motorom.

V loptových hrách je topspin veličina definovaná ako rotácia okolo horizontálnej osi kolmá na smer letu, kde horný povrch lopty sa pohybuje vpred s rotáciou. Vplyvom Magnusovho javu topspin vytvára silu tlačiacu loptu smerom nadol, silnejšiu ako tiaž a backspin má opačný vplyv. Podobne rotácia do strany spôsobuje odklon do strany. 

Magnusov jav je pomenovaný po Gustavovi Magnusovi, nemeckom fyzikovi, ktorý ho skúmal. Silu pôsobiacu na rotujúci valec popisuje Kutta-Žukovského rovnica, pomenovaná po Martinovi Wilhelmovi Kuttovi a Nikolajovi Jegorovičovi Žukovskom, ktorí prví skúmali tento jav.

Fyzika 
Zo zákona o zachovaní hybnosti vyplýva, že sila, ktorou teleso odtláča vzduch je rovná reakcii na ňu, ktorá mení smer telesa v opačnom smere. Teleso tlačí vzduch nadol, a ten zas tlačí teleso nahor.

V skutočnosti existuje viac spôsobov, ako môže rotácia spôsobiť takýto odklon. Najlepšie sa to zisťuje pomocou veterného tunela. Lyman Briggs urobil rozhodujúcu štúdiu o vplyve Magnusovho javu na bejsbolové loptičky. Ďalšie štúdie  tiež ukazujú turbulentné prúdenie za rotujúcou loptičkou. Turbulentné prúdenie je príčinou aerodynamického spomalenia.

Proces, pri ktorom sa vytvára turbulencia za telesom v prúde vzduchu, je komplikovaný, ale dobre preskúmaný aerodynamický jav. Vzniká, keď sa tenká vrstva tekutiny pri telese odlepí od telesa po nejakom čase a začne sa vyvíjať turbulencia. Táto vrstva môže byť turbulentná, ale nemusí, čo má výrazný vplyv na vznik turbulencie. Aj pomerne malé zmeny na povrchu môžu mať veľký vplyv na vznik turbulencie a celý priebeh odklonu od trajektórie.

Magnus údajne vysvetľoval tento jav pomocou laminárneho prúdenia a trenia o povrch. Takýto jav je teoreticky možný, ale oveľa slabší ako Magnusov jav.

Diagram na začiatku stránky ukazuje odklon spôsobený rotáciou 'dozadu'. Turbulencia a prúd vzduchu sa odkláňajú nadol. Pohyb pri tenká vrstva pri povrchu na spodnej strane je oveľa silnejší na spodnej strane, kde je smer rotačného pohybu priamo oproti smeru pohybu vzduchu. Táto vrstva vytvára turbulencie v pravidelných intervaloch.

Pri valci, sila vznikajúca kvôli rotácii je známa ako Kuttova-Žukovského sila. Dá sa popísať ako vír spôsobený rotáciou. Sila pôsobiaca na jednotku dĺžky F/L je súčinom rýchlosti v, hustoty tekutiny , a sily víru tvoreného rotáciou G.

,

kde sila víru je daná vzťahom

,

kde ω je je uhlová rýchlosť rotácie valca, r je polomer valca a s je počet otáčok za sekundu.

História 
Nemecký fyzik Heinrich Gustav Magnus popísal tento jav v roku 1852. Jav ale už pozoroval v roku 1672 Isaac Newton, popísal ho a správne uhádol príčinu pozorovaného javu pozorovaním hráčov tenisu na univerzite v Cambridge. V roku 1742 britský matematik, výskumník v oblasti balistiky a vojenský technik Benjamin Robins vysvetlil odchýlky trajektórii striel z muškiet pomocou Magnusovho javu.

V športe 
Magnusov jav vysvetľuje bežne pozorované odchýlky od očakávaných trajektórií rotujúcich lôpt v športe, napríklad futbale, stolnom tenise, tenise  volejbale, golfe a paintballe.

V stolnom tenise je ľahké pozorovať Magnusov jav vďaka malej hustote loptičky. Skúsený hráč dokáže dať lopte rôzne spiny. Kvôli tomuto sú rakety pokryté gumou.

V airsofte sa používa systém Hop-Up na vytvorenie backspinu, čo výrazne zvýši dolet strely.

V paintballe sa tiež využíva Magnusov jav na zvýšenie dosahu.

Majstrovstvá sveta vo futbale 2010 boli kritizované za používanie lopty s iným chovaním Magnusovho javu ako zvyčajne. Lopta mala slabší Magnusov jav a letela ďalej a odkláňala sa menej.

Referencie

Iné projekty 

Hydrodynamika
Aerodynamika
Balistika