Könnte Deflategate haben eine unschuldige Erklärungsmodell? (Op-Ed)

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf das Gespräch. Die Veröffentlichung trug dieses Artikels auf Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

News Berichte sagen, dass 11 der 12 Spielbälle verwendet von den New England Patriots in ihrem AFC Meisterschaft-Spiel gegen die Indianapolis Colts entleert wurden, zeigen etwa 2 Pfund pro Quadratzoll (Psi) weniger Druck als die 13 Psi vorgeschriebenen Regeln, so es scheint, dass die bizarrste Sport-Skandal der letzten Speicher real ist. Aber es noch viele Fragen gibt: Warum würde ein Team Fußbälle entlüften? Könnte es eine andere Erklärung geben? Und am wichtigsten, was Physik sagt uns über all das?

Die erste Priorität ist für New England-Fans eine Suche nach eine unverfängliche Erklärung. Immerhin Party Luftballons und Pkw-Reifen Luft ablassen, während kaltes Winterwetter, so könnte eine einfache Temperaturdifferenz verantwortlich für die Veränderung der Reifendruck sein?

Die physikalischen Prinzip bekannt als das ideale Gasgesetz besagt, dass ein Rückgang der Temperatur zu einer Verringerung des Drucks führt. Der Druck eines geschlossenen Gases multipliziert mit seinem Volumen ist proportional zur Anzahl der Moleküle des Gases multipliziert mit der Temperatur. Vielleicht erinnern Sie die Gleichung PV = nRT aus Ihrer Schulzeit. Also wenn Sie eine Gas unter Beibehaltung der cool seine Lautstärke festgelegt, muss der Druck abnehmen.

Aber wir brauchen keine Gleichungen zu überprüfen: Wir können es direkt unter Beweis stellen. Ich habe ein paar alte Fußbälle von Union College athletische Abteilung, pumpte sie oben und steckte sie in den Gefrierschrank. Nach einer Nacht in der Kälte, der Druck war geringer, ebenso wie die Patriots Fußbälle rund 2 Psi – von etwa 19 Psi am Anfang (ich überbläht leicht die Kugeln durch die Reifen Pumpe in meinem Auto) bis etwa 17 Psi.

Die Temperaturdifferenz involviert war natürlich ein wenig extremer – aus über 68F in meinem Büro bis zu über - 10F in den Gefrierschrank. Also, können Sie Temperaturschwankungen um die Druckänderung gesehen von den Forschern zu produzieren, aber die erforderliche Temperatur würde die legendäre Eis-Schüssel von 1967 abgestimmt haben. Letzten Sonntag gespielt wurde im strömenden Regen an über 50F, so es sei denn, sie haben vor dem Spiel testen die Kugeln in der Sauna oder nach dem Spiel Untersuchung in einem Fleisch-Schließfach, Thermodynamik, die allein die Patrioten aus dem Schneider bekommen kann.

Was wäre die Argumentation, geht man davon aus, dass die Kugeln wirklich bewusst entleert wurden? Machen der niedrigere Druck würde, den Ball leichter und aerodynamischer, sodass länger, genauer vorbei?

Dies ist eine andere Frage leicht zu beantworten, mit dem idealen Gas-Gesetz – das Volumen eines Fußballs ändert sich nicht sehr viel mit Druck, so ernüchternd es 2 PSI erfordert die Reduzierung der Menge an Gas im Inneren um etwa 15 %. Aber Luft ist per definitionem, sehr leicht. Die Luft in einen völlig überhöhten Fußball entfallen nur etwa 10 Gramm seiner Masse (ca. 2,5 % des Gesamtbetrags) und Deflationierung es durch zwei oder vielleicht ein Gramm reduzieren würde. (Das erklärt auch, warum die Beamten nicht irgendetwas lustig während des Spiels bemerkt haben – die Änderung im Gewicht aus der fehlenden Luft ist zu klein, zu bemerken, besonders bei schlechtem Wetter, wo Regen hat wahrscheinlich mehr auf die Masse der Kugel als die Deflation wegnahm.)

Und wieder haben wir experimentelle Bestätigung davon – eine 2006 Episode der TV-Show Mythbusters ersetzt die Luft im Inneren einen Fußball mit Helium zu sehen, ob das einen Kicker den Kugel Vater Booten erlauben würde. Massenreduktion Swapping Helium für Luft ist weit größer als die für einen Rückgang der 2 Psi Druck, aber die Mythbusters fand kein Gewinn in der Leistung – in der Tat möglicherweise luftgefüllten Bällen etwas besser, wie die zusätzliche Masse macht sie weniger anfällig für Widerstand der Luft.

Schließlich verdankt der Grund für die Deflationierung eines Fußballs mehr zu Physiologie als Physik. Ein leicht Deflationierter Ball ist etwas weicher, um den Ball zu werfen es greifen zu erleichtern und verringern die Sprungkraft, trifft es die Hände eines Empfängers, so dass es leichter zu fangen. Man sieht es auch mit gefrorenen Fußbälle – obwohl die Kälte das Leder steifere macht, hatte die Kugeln spürbar mehr geben wenn gepresst als zuvor sie in den Gefrierschrank gingen. In kühlen, regnerischen Bedingungen, wo der Ball nass und rutschig wird, funktioniert dies zum Vorteil der Quarterback und Empfänger.

Die meisten Rätsel der Geschichte ist jedoch die Anzeigetafel. Die Patriots gewannen das Spiel 45-7, überspielend gründlich die Colts in jedem Aspekt des Spiels. Der kleine Vorteil, den sie von einer besseren Halt am ball erlangt hat erklären kein schiefes Ergebnis. Wenn die Patrioten, die viel besser waren, warum riskieren Strafe, indem Sie die Fußbälle manipuliert?

Diese Frage ist nicht Ach, man kann das ideale Gasgesetz beantworten. Dafür müssten Sie die Psychologie der Patriots Coach Bill Belichick zu verstehen, und ist ein viel zu tief für Physik Rätsel .

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