Wie SOLIDWORKS Simulation die Physik des Fußballs sichtbar macht
Es ist eine Tatsache: Die Welt liebt Fußball. Mehr als vier Milliarden Menschen begeistern sich für den Sport und ihre Leidenschaft hat dazu beigetragen, dass einige der größten und meistbesuchten internationalen Turniere überhaupt entstanden sind.
Fußball ist ein körperbetonter Sport – im wahrsten Sinne des Wortes. Die Leistungen, die Spieler mit ihren Füßen vollbringen, sind beeindruckend, ebenso wie die Wissenschaft, die dahintersteckt. Die Geschichte des Sports und die Begeisterung seiner Fans haben auch uns bei SOLIDWORKS inspiriert. Es ist das eine, Fußball zu schauen und etwas ganz anderes, die Physik zu verstehen, die das Spiel möglich macht.
Dabei haben wir uns mit Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft des Fußballs beschäftigt. Wie hat sich das Spiel im Laufe der Jahrhunderte – oder vielmehr Jahrtausende – verändert? Was passiert physikalisch, wenn ein Spieler einen Ball mit Effet schießt? Und wie werden neue elektronische Komponenten auf und neben dem Spielfeld den Sport verändern, da Datenerfassung und Leistungskennzahlen immer wichtiger werden?
Die Physik des Fußballs mit SOLIDWORKS verstehen
Diese und viele weitere Fragen lassen sich mithilfe von Simulation beantworten. Das SOLIDWORKS Simulationsportfolio umfasst leistungsstarke Lösungen für unterschiedlichste Simulationsaufgaben. Von Werkzeugen für Konstrukteure bis hin zu erweiterten Lösungen für Simulationsspezialisten helfen sie dabei, Antworten auf komplexe physikalische Fragestellungen zu finden.
Für unsere Untersuchungen haben wir Struktur-, Strömungs- und elektromagnetische Simulationen eingesetzt. Die Ergebnisse liefern nicht nur spannende Einblicke in die Physik des Fußballs, sondern auch wertvolle Erkenntnisse für die Produktentwicklung und bewährte Konstruktionsmethoden.
Wer genau versteht, wie sich ein Produkt unter realen Bedingungen verhält, kann seine Leistung optimieren, ohne Zeit oder Ressourcen zu verschwenden. Und wenn sich dies anhand der wohl beliebtesten Sportart der Welt veranschaulichen lässt, macht das Ganze gleich noch mehr Spaß.
In dieser Blogserie zeigen wir, wie Simulation dabei helfen kann, den Fußball und vieles mehr besser zu verstehen.
Struktursimulation: Ausrüstung testen und weiterentwickeln
Die Struktursimulation nutzt die Finite-Elemente-Methode (FEA), um vorherzusagen, wie eine Struktur auf äußere Belastungen reagiert. So lassen sich Fragen beantworten wie: Wird sich ein Produkt zu stark verformen, brechen oder unerwünschte Schwingungen erzeugen? Und falls ja: Welche Änderungen an Konstruktion oder Material können seine Leistung verbessern?
Doch was ist mit einem Produkt, das dafür ausgelegt ist, getreten zu werden? Beim ersten internationalen Fußballturnier im Jahr 1930 bestanden Fußbälle aus Leder. Da das Material nicht wasserfest war, konnten sich die Bälle bei Regen mit Wasser vollsaugen und dadurch deutlich schwerer werden. Zusammen mit den damals wesentlich massiveren Fußballschuhen wird schnell deutlich, warum sich Materialien und Konstruktionen in den vergangenen Jahrzehnten so stark verändert haben.
Mit SOLIDWORKS Simulation Premium und SOLIDWORKS Simulation Analyst auf der Cloud haben wir die Eigenschaften eines historischen Lederballs mit denen eines modernen Spielballs aus dem Jahr 2026 verglichen. Durch virtuelle Kräfte, die einen kraftvollen Schuss nachbilden, konnten wir nachvollziehen, wie sich die unterschiedlichen Materialien verhalten und wie ihre Weiterentwicklung zu besseren Bällen geführt hat.
Strömungssimulation: Die Geheimnisse der Aerodynamik entschlüsseln
Dabei wurde uns klar: Profifußballer sind wahre Meister der Physik. Je nachdem, wie sie den Ball treffen – mit welchem Teil des Fußes, bei welcher Geschwindigkeit und mit welcher Rotation –, können sie seine Flugbahn gezielt beeinflussen. Die Physik hinter diesem Effekt beruht auf der Strömungsdynamik und dem sogenannten Magnus-Effekt. Dieses physikalische Phänomen tritt auf, wenn ein rotierender Körper von seiner geraden Flugbahn abweicht, während er sich durch ein Medium wie Luft bewegt.
Mithilfe von Strömungssimulationen auf Basis numerischer Strömungsmechanik (CFD) lassen sich diese Effekte virtuell untersuchen. Mit SOLIDWORKS Flow Simulation haben wir die Flugbahn eines Balls analysiert und die wissenschaftlichen Grundlagen seiner Rotation, Flugkurve und aerodynamischen Eigenschaften sichtbar gemacht.
Durch die Untersuchung verschiedener Panelgeometrien, Nahttiefen und Oberflächenstrukturen können Entwickler Bälle konstruieren, die sich präzise kontrollieren lassen und genau das tun, was die Spieler von ihnen erwarten. Gleichzeitig reduziert das virtuelle Testen den Bedarf an physischen Prototypen und unterstützt die Entwicklung von Produkten, die unter unterschiedlichsten Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren.
Elektromagnetische Simulation: Unsichtbares sichtbar machen
Die Zukunft des Sports – und damit auch des Fußballs – ist eng mit neuen Technologien verbunden. Im Profisport müssen Entscheidungen oft innerhalb von Sekunden getroffen werden und können den Ausgang eines Spiels entscheidend beeinflussen. Dank integrierter Sensoren, Antennen und weiterer elektronischer Komponenten sind Spielanalysen heute nicht mehr allein auf das Auge des Schiedsrichters angewiesen. Moderne Tracking-Technologien kommen mittlerweile direkt in Bällen, Wearables und Stadien zum Einsatz.
Doch wie lässt sich sicherstellen, dass die richtigen Daten zuverlässig erfasst werden, wenn sich in einem Stadion mehr als 60.000 jubelnde Fans und unzählige intelligente Geräte befinden?
Mithilfe von elektromagnetischer Simulationen über den Electromagnetics Engineer, basierend auf der CST Studio Suite, haben wir die Leistung einer im Ball integrierten Antenne analysiert und untersucht, ob das Signal stark und stabil bleibt. Obwohl elektromagnetische Wellen für das menschliche Auge unsichtbar sind, machen virtuelle Analysen sichtbar, was mit einem Ball geschieht – egal, ob er im Tor landet oder nur knapp daran vorbeifliegt.
Mehr als nur Fußball: Der Einfluss von Simulation auf die Produktentwicklung
Die Physik des Fußballs bot eine spannende Möglichkeit, die Simulationslösungen von SOLIDWORKS in einem anschaulichen Kontext einzusetzen. Doch dieselben Technologien, die die Flugbahn eines Balls oder die Funktion eines Tracking-Chips optimieren, kommen auch in vielen anderen Branchen zum Einsatz.
Schiffbauer nutzen Strömungssimulationen, um neue Konzepte zu entwickeln. Konstrukteure in der Medizintechnik setzen Struktursimulationen ein, um sicherzustellen, dass Implantate den Belastungen des menschlichen Körpers standhalten. Unternehmen der Luft- und Raumfahrt analysieren die Leistung und Positionierung von Antennen, um eine zuverlässige Kommunikation während des Flugs zu gewährleisten. Dank ihrer vielfältigen Möglichkeiten helfen Simulationslösungen Unternehmen weltweit dabei, Kosten zu senken, Entwicklungszeiten zu verkürzen und Produkte mit höherer Qualität auf den Markt zu bringen.
Nutzen Sie Simulationen in Ihrem Konstruktionsprozess? Möchten Sie erfahren, wie das funktioniert? Freuen Sie sich auf weitere Einblicke, wie die Simulationslösungen von SOLIDWORKS den Fußball revolutionieren und wie sie auch Ihren Produktentwicklungsprozess verändern können. Besuchen Sie unsere Website, um mehr über erstklassige Simulationen und erstklassigen Fußball zu erfahren.
Im nächsten Beitrag werfen wir einen Blick auf die Geschichte des Fußballs und zeigen anhand von Struktursimulationen, warum die Weiterentwicklung von Materialien dabei helfen kann, seine Ziele zu erreichen.
