Icon up Overzicht

De penalty

Onderwerp: Biofysica (vwo), Kracht in evenwichtssituaties, Menselijk lichaam (havo), Rechtlijnige beweging

Ze zullen het niet beseffen, maar sporters zijn wetenschappers. Hoe hard ze schieten, zwemmen, lopen of gooien, wordt bepaald door natuurwetten. Echte kampioenen tarten die wetten en zetten ze soms naar hun hand.

De strafschop

Niets lijkt eenvoudiger dan het benutten van een strafschop. Een bal die met een snelheid van 90 km/h wordt ingeschoten, legt de elf meter tot de doellijn af in 0,45 seconde. Terwijl een keeper tussen de 0,5 en 0,7 seconde nodig heeft om vanuit het midden van zijn doel de hoek te bereiken. Als de strafschop hard en precies in de hoek wordt geplaatst, is de keeper dus kansloos.

Aan de faculteit voor bewegingswetenschappen aan de universiteit van Wales Swansea onderzoekt men onder andere hoe de beweging van een voetballer die een strafschop neemt, verraadt in welke hoek hij mikt. In dit onderzoek wordt ook gefilmd hoe een proefpersoon een penalty schiet. (Beeldmateriaal van de University of Wales Swansea)

Keepers horen kansloos te zijn bij het nemen van strafschoppen. De regel is dat een doelman pas van zijn plaats mag als de bal is geraakt. Binnen een halve seconde redt hij dat nooit. Er is alleen al 0,15 tot 0,2 seconde nodig om in beweging te komen. Dat is de minimale reactietijd. En vervolgens moet hij ook nog naar de hoek duiken.

Toch worden er af en toe strafschoppen gestopt (de keeper houdt de bal tegen). Dat komt dan, doordat een speler te zacht schiet of doordat de keeper zijn bewegingen doorziet voordat de bal geraakt wordt. Uit onderzoek tijdens voetbaltoernooien blijkt dat keepers informatie halen uit de hoek waaronder de aanloop wordt genomen en de bewegingen van de voetballer. Met name kijken ze naar heupen, benen en voeten. Daarna ook naar schouderbewegingen. Ervaren voetballers horen dat te weten en moeten in staat zijn met subtiele schijnbewegingen een doelman op het verkeerde been te zetten.

Aan de hand van de lichtgekleurde “dots” op zijn lichaam (zie afbeelding) kan met de computer de relatie tussen zijn aanloophoek, de stand van zijn lichaam en de hoek waarin hij probeert te schieten onderzocht worden. (Beeldmateriaal van de University of Wales Swansea)

Praktijk versus theorie

"Alle sporters beoefenen natuurkunde, alleen beseffen de meesten dat niet," zegt Gilles Dietrich, van het Institut National du Sport et de l'Education Physique (INSEP) in Frankrijk. "Kijk maar eens naar hoogspringen. Net als bij andere sporten geldt daarbij dat chemische energie van het lichaam wordt omgezet in beweging. Die kinetische energie moet worden gebruikt om de potentiële energie te evenaren die geldt voor een lichaam ter hoogte van de lat. In formulevorm kun je dat precies uitrekenen. Je moet wel rekening houden met het zwaartepunt van de atleet, dat zich voor de sprong al op ongeveer een meter hoogte boven de grond bevindt. Met die correctie erbij kom je tot een wiskundige vergelijking waarmee iedere sprong is vastgelegd. Althans, in theorie. In de praktijk spelen veel meer factoren een rol. Zoals de bewegingen van handen en voeten, de manier van afzetten, en ook de techniek van de sprong." Alain Durey, docent en onderzoeker aan de technische hogeschool van Cachan, kan dat laatste beamen: "De bewegingen van een atleet vormen een ongelooflijk complex geheel, dat je als onderzoeker nooit in een simpele formule kunt vatten. Daarom verzinnen sportlaboratoria nieuwe methoden of technieken. Maar telkens opnieuw zullen ze worden verrast door toevallige verbeteringen van topsporters."

> Dit artikel is een bewerkte versie van het artikel "Olympische natuurkunde" gepubliceerd op Kennislink natuurkunde.