BALÓN COMBA CON EFECTO MAGNUS Campo de Ia Invención:
La presente invención se refiere a la estructura para un balón o a la cubierta para un balón, de estilo cocido que comprende una pluralidad de paneles conexos donde el arreglo de los paneles resulta en un balón que forma una esfera casi perfecta. El diseño de balones estructuralmente bien distribuidos ha cobrado importancia en los últimos años, sobre todo en el campo del fútbol (soccer). Aunque es posible producir una bola moldeada con una casi perfecta forma esférica, lograr esto en una bola compuesta por una pluralidad de paneles cocidos esta probado ser muy difícil. Las bolas multipanel compiten con las bolas que utilizan la nueva técnica de unión-térmica y son preferidas por muchos jugadores. La tendencia actual está dirigida principalmente a la búsqueda de un balón rápido que le de más dinamismo al deporte. Para lograr una mayor velocidad del balón en su desplazamiento, es importante que éste no sólo tenga una distribución de paneles adecuada, que le de una mayor esfericidad, sino que tenga una estructura que permita una buena distribución de la tensión existente entre los diferentes paneles. Los avances técnicos se dirigen en este sentido pero ninguno de ellos incluye mejoras en el desempeño de patadas con efecto de curva.
Antecedentes de Ia Invención:
La esfericidad de un balón se mide a partir de la comparación de sus diámetros en por lo menos 16 diferentes direcciones. De las medidas obtenidas, tomamos la diferencia entre la medida menor y la medida mayor para dividirla por Ia medida media de todos los diámetros medidos. De esta manera podemos contar con un parámetro o coeficiente de error para la medida de la esfericidad de la pelota y que en adelante denominaremos la tolerancia de esfericidad (ST) del balón.
La FIFA es el ente regulador del fútbol a nivel mundial y en su reglamentación permite un (ST) del 2% para balones con el sello de "inspeccionado" y un (ST) de 1.5% para balones con el sello de "aprobado". Así por ejemplo, al confeccionar un balón de fútbol emulando la estructuran del planeta Tierra, el cálculo de esfericidad sería el siguiente: al restar el eje polar (12,714 Km.) del eje ecuatorial (12,757 Km.), se obtiene una diferencia de 43 Km., la cual se divide entre la medida media del diámetro, para obtener un factor (ST) menor al 0.4%. Esta forma de esferoide oblato que adopta nuestro planeta se debe a que se encuentra en un constante giro, lo cual evita su perfecta esfericidad, pero mantiene cualidades suficientes para superar un examen hipotético de la FIFA. En los balones multipanel, una buena distribución en la conformación de los paneles garantiza un buen resultado en las mediciones (ST), sobre todo cuando el balón se mide después de haber sido utilizado para el juego, cuando los paneles comienzan a estirarse debido a las tensiones y fuerzas internas de la estructura. Es normal que existan tensiones en los paneles puesto que se pretende dar forma esférica a un grupo de paneles que son originalmente planos. Además de la forma de los paneles, un procedimiento de cocido inadecuado puede desmejorar también los resultados de esfericidad (ST). Como el error humano es difícil de controlar, es importante partir de un conjunto de paneles que en la práctica resulte en un balón con esfericidad mejorada. La técnica considera que las mejoras en la esfericidad de los balones utilizados para juegos de pelota, permiten que el balón se comporte de una manera más consistente. Las mejoras en la esfericidad de los paneles surgieron en el mundial de México 70, cuando la bola "bucky" (icosadodecahedro de 32 paneles) suplantó a la entonces construcción cúbica oficial de 18 paneles. Dos
décadas después se logra nuevas mejoras en el (ST) por medio de modificaciones realizadas al balón bucky con la introducción del balón "Geo", que consiste en acortar tres de los lados del hexágono para lograr una mejora considerable en la esfericidad como se muestra en la US PAT. 5,674,149. Una posterior mejora se realiza en 1999 con el "Diseño para un balón compacto (Oficina Española de Patentes, presentación # 2,152,888). Por medio de la patente del presente inventor US 6,916,263 del 2005, así como con la introducción en el mercado de diseños cocidos como el "Geo" y diseños moldeados con unión-térmica como el "Roteiro" y 'Teamgeist", se ha logrado llevar la esfericidad del balón, a factores cercanos al 100%. Según el artículo "An exact method for the sphericity measurement of soccer balls" Neilson, et al., Proa Insta. Mech. Engrs. VoL, 217, Part B; J. Engineering Manufacture, p. 715-719, 2003, la consistencia en circunferencia y diámetro no garantizan una verdadera esfericidad del balón, puesto que existen casos en que el balón adopta una forma abultada pero constante, que no es detectada por sistemas tradicionales de medición. Algunas de las propuestas para reordenación de paneles descritas en US PAT 6,916,263 pueden forman los abultamientos descritos por Neilson. La presente invención, provee los medios para corregir estos abultamientos, por medio de una mejor distribución de las fuerzas de tensión que operan dentro de la estructura esférica básica y con ello proporciona un balón con una esfericidad más perfeccionada. El nuevo método facilita además la formación de diferentes tipos de esferoide y con diversas características. Objeto de la Invención: Un objetivo de la presente invención es el de producir una estructura para balón teniendo un mejorado grado de tolerancia de esfericidad (ST).
Es otro objetivo de la presente invención producir una estructura para balón teniendo uno de sus ejes con diferente medida que los otros dos.
Es otro objetivo de la presente invención producir una estructura para balón teniendo un ornamento que facilita la visualizarían de la posición del eje con diferente medida. Es aun otro de los objetivos de la presente invención el proporcionar de un método para diseñar diferentes tipos de balón o cubiertas para balón comprendiendo la combinación de tres procedimientos: el procedimiento de ajuste de triángulos descrito en la patente anterior del presente inventor US PAT 6,916,263, que se incorpora aquí como referencia, un procedimiento de reacomodo estructural que separa una de las bandas eclípticas del resto de la estructura, y un procedimiento de reducción del ancho de la banda eclíptica que define el tipo de esferoide a construir (óblate, prolate o esfera).
La presente invención elimina los puntos de tensión y abultamientos, encontrados en diseños previos a través de un procedimiento de reacomodo estructural que separa la cubierta del balón en tres partes independientes, dos polares y una ecuatorial (ver Fig. 1), donde la forma ondulada de la estructura ecuatorial separada, permite a las estructuras polares balancear sus tensiones. Al individualizar la estructura ecuatorial del resto de la superficie esférica, las estructuras polares se acomodan libremente para adoptar, de manera natural, una forma de esferoide alargado (Fig. 2), con su eje más largo ubicado precisamente en dirección a los polos. Luego, a través de un procedimiento de disminución del ancho de la estructura ecuatorial, que elimina parte de su superficie esférica (Fig. 3), se reduce la longitud del eje alargado polar y se mejora la esfericidad (Fig. 5).
Mediante Ia selección de diferentes medidas de menor longitud para el ancho de la estructura ecuatorial, se lleva a cabo un procedimiento de transformación de esfericidad del balón, que convierte el esferoide alargado (prolate) en un esferoide aplanado (óblate), pasando en medio de este proceso de transformación, por un ancho de banda especial, que convierte el esferoide en una esfera perfecta, caso particular en el cual todos los ejes tienen igual medida.
Al confeccionar un balón con el ancho de banda ideal intermedio entre oblato y prolato, se activa el mecanismo amortiguador de la banda eclíptica (Fig. 7), y posiciona la tensión interna de los paneles en un intermedio ideal que permite al balón deformarse en uno u otro sentido cuando es sometido a un golpe y regresa luego a su esfericidad después de la aplicación de la fuerza del golpe. Resumen de la Invención:
Cuando observamos la Tierra en fotografías tomadas desde la Luna, el planeta pareciera ser bastante esférico. Sin embargo, como vimos arriba, la estructura terrestre tiene un error de esfericidad ST, de al menos un 0.3%. Nuestro planeta dista de conformar una esfera perfecta, más bien tiene forma de esferoide aplanado (óblate), pues su eje polar es más corto que los ejes ecuatoriales. Esta comprobado por la física convencional que la forma oblata de la Tierra y en general de otros planetas, se debe a la rotación sobre su propio eje. Si el planeta estuviera estático seria perfectamente redondo.
Es propio de las masas que giran sobre uno de sus ejes el adoptar una forma de esferoide aplanado. Cuando la deformación es mínima y menor al 1.5% en el caso de un balón reglamentario, es difícilmente perceptible a simple vista y requiere de aparatos o del ojo experto para ser apreciable. Emulando la forma de nuestro planeta como premisa para lograr que un balón mantenga fácilmente su eje giratorio hemos diseñado una método para la construcción de estructuras esféricas, que permite modificar fácilmente la distancia del eje polar del balón, con respecto a su eje ecuatorial.
Pretendemos que, basta una pequeña modificación en la medida de su eje giratorio, para ayudar al balón a mantener su eje giratorio y de esta forma promover la estabilidad de la trayectoria del balón. Esta característica es particularmente apreciable en los tiros de esquina y los tiros libres en el fútbol. En el resto del juego el balón simplemente se comportará como cualquier otro balón, golpeado en forma aleatoria en cualquier parte, pues contaría con la esfericidad reglamentaria para ser utilizado en un juego oficial. La presente invención proporciona un balón o cubierta para balón con una medida seleccionada de circunferencia (C), y que comprende una pluralidad de paneles interconectados compuestos por un primer y un segundo grupo de paneles, donde el primer grupos de paneles define al menos dos diferentes áreas de superficie del balón o de la cubierta del balón, ubicadas en los polos o extremos opuestos de la cubierta, y el segundo grupo de paneles define la forma de un anillo ondulado dispuesto en Ia parte ecuatorial de la cubierta, en medio los extremos polares, donde la reducción de la altura que forma el ancho de la banda ondulatoria permite la reducción de uno de los ejes del esferoide y de esta forma mejora la esfericidad del balón o de la cubierta para balón.
La presente invención además proporciona un balón inflable para juegos de pelota que comprende una circunferencia de medida seleccionada (C), una superficie que comprende una pluralidad de formas básicas interconectadas (Fig. 8) que comprenden dieciocho cuadrados, veinticuatro trapecios y ocho triángulos equiláteros, los cuadrados teniendo cuatro lados de largo substancialmente igual (a) y dos diagonales correspondientes de lado (d), seis de ellos con un punto central (X) y los restantes doce
cuadrados con un punto central (Z), los triángulos teniendo tres lados de largo substancialmente igual (c) y un punto central (Y) y los trapecios teniendo cuatro lados compuestos por dos piernas de lado (a) una base de lado (a) y un lado más corto de lado (c), cada uno de los trapecios estando encerrado por tres de los cuadrados y uno de los triángulos donde los lados (c) de los trapecios están conectados a los lados (c) de los triángulos equiláteros y las piernas de lado (a) de los trapecios están conectadas a los lados (a) de los cuadrados con punto central (Z) y las bases de lado (a) de los trapecios están conectadas a los lados (a) de los cuadrados con punto central (X), y donde las formas básicas interconectadas están agrupadas en al menos tres secciones, dos secciones comprendiendo nueve trapecios, tres cuadrados con punto central (X), tres cuadrados con punto central (Z) y cuatro triángulos equiláteros formando una estructura polar, y al menos una sección comprendiendo seis cuadrados con punto central (Z) y seis trapecios dispuestos en forma intercalada donde las piernas (a) del trapecio sé unen con los lados opuestos de los cuadrados hasta formar una estructura ecuatorial que muestra al menos tres ondulaciones, que en la patente US 6,916,263 del inventor se le da el nombre de eclíptica y que ahora también le llamamos banda eclíptica, donde la parte extrema de la ondulación en dirección a uno de los polos y la parte extrema de la ondulación en dirección al polo opuesto forman un ancho de banda, que en la patente US 6,916,263 tiene el ancho de (b
+e); donde las ondulaciones en la orilla de las estructuras polares se unen con las orillas coincidentes a ambos lados de la banda eclíptica, para conformar una cubierta esférica, la mejora comprendiendo disminuir el ancho de banda eclíptica entre un 20% y un 50%, por medio de lo cual se mejora la esfericidad del balón. La presente invención además provee de un método para mejorar la esfericidad y redondez de un balón o cubierta para balón con una circunferencia de medida seleccionada (C) y comprendiendo una pluralidad de paneles interconectados definiendo en el balón o la cubierta para balón al menos tres distintas áreas de superficie correspondiendo a dos hemisferios polares unidos por una sola banda ecuatorial; el método comprendiendo reducir el ancho de cada uno de dichos paneles que comprende la banda ecuatorial, por medio de lo cual se genera cambios en los ejes polar y ecuatoriales del balón.
La presente invención incluso provee un método para mejorar la esfericidad y redondez de un balón multipanel o cubierta para balón teniendo una circunferencia de medida seleccionada (C), los paneles comprendiendo 24 trapecios, 18 cuadrados y 8 triángulos arreglados en tres grupos, donde dos grupos idénticos de trapecios, 6 cuadrados y 4 triángulos forman hemisferios polares substancialmente triangulares y un grupo individual de 6 trapecios y 6 cuadrados forma una banda ecuatorial teniendo ondulaciones alternantes con tres ondulaciones en una primera dirección y tres ondulaciones en una segunda y opuesta dirección, donde las tres esquinas de cada panel substancialmente triangular corresponden a puntos centrales de los ociantes del balón; el método comprendiendo posicionando los vértices de dichos paneles substancialmente triangulares de uno de dichos grupos idénticos en las tres ondulaciones del grupo individual que van en una dirección y el posicionamiento de los vértices de dichos paneles substancialmente triangulares del otro grupo idéntico, en las tres ondulaciones del grupo individual que van en la segunda dirección, de tal forma que el área se ajusta a medidas que satisfacen la circunferencia (C) en todas las direcciones. Además, se muestra como la presente invención puede adaptarse a la construcción de balones multi-panel, teniendo diferentes formas de panel.
Breve Descripción de los Dibujos:
Fig. 1 ilustra la simetría bipolar de un balón de acuerdo con la presente invención dividida en secciones polares y ecuatoriales
Fig. 2 ilustra el procedimiento de eliminar un trozo de la banda eclíptica reduciendo la longitud del eje polar extendido.
Fig. 3. ilustra un balón más grande de circunferencia C2 del Paso 1 del método de la presente invención.
Fig. 4 ilustra el esferoide alargado extendido prolato teniendo el eje polar extendido resultante del Paso 2 del método de la presente invención.
Fig. 5 ilustra el balón de circunferencia (Cl) resultante del Paso 3 del método de la presente invención. Fig. 6 ilustra los pasos de las Figs. 3-5 en una representación que muestra la relación relativa entre el balón más grande #1, el esferoide prolato extendido #2 y el balón final mejorado #3.
Fig. 7 es una vista plana del arreglo de paneles preferente del balón de la presente invención mostrando el mecanismo amortiguador de la banda eclíptica, las flechas representando la dirección de estiramiento de los paneles creado por las revoluciones de giro del balón. Fig. 8 ilustra el balón de 50 paneles de la US PAT. 6,916,263 en tres vistas centradas en X, Y y Z.
Fig. 9A ilustra la modificación de un arreglo de 50 paneles para formar un balón de 30 paneles de la presente invención.
Fig. 9 B ilustra el arreglo de 30 paneles de la presente invención.
Fig. 10A-E ilustran alternativas para arreglos de paneles para el balón de la presente invención con una eclíptica seleccionada en el medio separando los grupos de paneles polares; A de 50 paneles, B de 36 paneles, C de 30 paneles, D de 24 paneles y E de 18 paneles.
Fig. 11 ilustra un solo ociante de un balón de la presente invención con los cuadrados Z alargados para formar rombos.
Fig. 12A-E ilustra configuraciones de paneles alternativas para la banda eclíptica donde A es la forma básica de 50 paneles, B es una forma modificada con costuras verticales, C es una forma modificada con costuras en ángulo, D es una forma modificada con costuras diagonales, E es una banda eclíptica de un solo panel con las líneas punteadas representando la reducción del Paso 3.
Fig. 13 ilustra arreglos de paneles alternativos.
Fig. 14 ilustra la operación de suavizar las curvas del paso 4 opcional. Descripción de la Invención:
A raíz de la explosión en ofertas de nuevas tecnologías incorporadas a los balones de fútbol, actualmente se debate sobre el papel que juega la conformación del balón en la precisión de la patada. Hay quienes sostienen que los argumentos de predictibilidad, consistencia de trayectoria, balance, mayor velocidad, facilidad de spin, entre otros, son simples armas de mercadeo (Peter Brancazio, "SportsScience"). El balón "Roteiro" ha sido elogiado por Beckham, su patrocinador, por su alta esfericidad y precisión, pero criticado por los jugadores de la selección nacional francesa por ser poco preciso (falta por escuchar lo que se dirá del balón 'Teamgeisf en el mundial de Alemania 2006, similar al "Roteiro" en su fabricación). La mejora en la esfericidad del balón "Geo" sobre el diseño "bucky" es menor al 1%, pero pereciera que la ciencia del deporte no esta convencida de que esta mejora facilita efectivamente el dominio del balón, en
buena parte porque es difícil comprobar los resultados de desempeño debido a lo complicado que resulta para la ciencia medir y predecir el movimiento del jugador.
Nosotros consideramos, como igual lo afirma "soccerballworld.com", que la precisión de la patada mejora cuanto más redondo es el balón y que cuando la bola es deforme tiende a curvear en forma descontrolada. En los tiros libres y en los de esquina en ocasiones se busca que la bola haga su curva pero en forma controlada y esta técnica es difícil de lograr. Existe una técnica para crear las trayectorias curvas y los jugadores profesionales, de manera intuitiva, dominan la física necesaria para realizar lo que en términos comunes se le llama "banano" o "comba". El artículo "The physics of football" (Phisics World, June 1998, www.physicsweb.com) indica que la curvatura de una bola en física se le llama efecto Magnus del balón, que forma una deflexión lateral al girar sobre su eje perpendicular. La técnica supone golpear el balón en el lugar preciso, en la parte ecuatorial, en un punto exacto entre el centro y el borde, con mucha fuerza y spin.
El efecto Magnus se debe a la interacción entre un balón que gira y el aire viscoso. Para un balón que gira, el aire que pasa se mueve en la misma dirección que Ia superficie de contacto en un lado del balón y se mueve en la dirección opuesta a la superficie de contacto en el otro lado del balón. De esta forma la velocidad relativa del aire es más baja en el lado donde el aire fluye en el sentido de la superficie rotatoria del balón y el número Reynolds es igualmente más bajo en ese lado. El aire viscoso se separa de la superficie del balón en una posición más hacia abajo (downstream) en el lado en que el aire se mueve en la misma dirección que la superficie rotatoria. Contrariamente, en el otro lado del balón, el punto de separación se da antes gracias a un número Reynolds mayor en ese lado. Como resultado, el patrón del flujo de aire alrededor de una bola que gira no es simétrico. La dirección de movimiento del flujo de aire se tuerce hacia el lado donde el aire se mueve en dirección opuesta a la superficie rotatoria. Además la turbulencia también deflecta hacia ese lado. Siguiendo la 3a ley de movimiento de Newton, existe una fuerza de reacción en que el balón empuja el flujo de aire y a la estela turbulenta (turbulent wake) hacia el lado opuesto. La fuerza Magnus es la fuerza de reacción lateral, resultante de la deflexión del flujo de aire, por su parte, la fuerza estela de deflexión (wake deflection forcé) es el fuerza de reacción lateral, resultante de la deflexión de la estela turbulenta. La fuerza Magnus y la fuerza Estela de deflexión operan para deflectar un balón giratorio, en la misma dirección acorde con la dirección de giro (spin) que se imparte al balón. De esta forma, si un balón es pateado de tal forma que gira en el sentido de las manecillas en torno a un eje perpendicular a la dirección de movimiento, la deflexión será al lado derecho, mientras que, si el balón es pateado con un giro en sentido contrario a las manecillas, la deflexión será hacia Ia izquierda.
Experimentos conducidos en los 70's mostraron que al incrementar el spin de un balón se produce una mayor ascensión (lift) y, por lo tanto, una fuerza Magnus mayor. Sin embargo, incrementar la velocidad del balón, con respecto a un spin dado, más bien reduce el coeficiente de lift. Esto significa que un balón que se mueve lento con un alto grado de spin va a tener una fuerza lateral mayor que un balón que se mueve rápido con el mismo grado de spin, ya que mientras la velocidad del balón disminuye al final de su trayectoria, la curva se vuelve más pronunciada. Asumiendo que el grado de spin no ha caído mucho, entonces el coeficiente de resistencia (drag) se eleva e introduce una fuerza lateral mayor causando que el balón se curve más.
En fútbol, la mayoría de los jugadores conoce que cuando uno golpea un balón directamente con el empeine de tal forma que el pie golpea el balón en línea con el centro de gravedad del balón, entonces el balón se dispara en línea recta. Sin embargo, si uno patea el balón con la parte delantera del pie y con el ángulo entre pierna y pie a 90°, el balón hará una curva en su vuelo. En este caso el impacto sobre la bola ocurre de forma descentrada causando que la fuerza aplicada actúe como torque para impartir spin al balón. Estudios señalan como un incremento en el coeficiente de fricción entre el balón y el pie causa que el balón adquiera más spin. También existe más spin si la posición descentrada se aleja más del centro de gravedad. Sin embargo, si la distancia descentrada en muy grande, entonces el pie entra en contacto con el balón por un lapso de tiempo menor y sobre un área de superficie más chica, lo cual resulta en una reducción tanto del spin como de la velocidad del balón. De esta forma, existe un lugar óptimo para golpear el balón para alcanzar un spin máximo. Golpear muy cerca o muy lejos del centro de gravedad resulta en poco o ningún spin. Además, aunque el coeficiente de fricción sea cero, el balón siempre adquiere algo de spin si es pateado en forma descentrada de su centro de gravedad. En este caso, aunque no existe una fuerza periférica (peripheral) paralela a la circunferencia del balón, el balón de todas maneras se deforma hacia su centro, lo cual causa que algunas fuerzas actúen alrededor del centro de gravedad impartiendo spin al balón. Adicionalmente al efecto Magnus, un balón con spin, tiende a distorsionarse gracias a las fuerzas centripetales, de tal forma que sus polos se achatan y su ecuador se expande. El efecto en un balón es que forma un esferoide oblato, o un esferoide ligeramente achatado, y su estabilidad de vuelo mejora así como la precisión y el control con que el jugador puede posicionar el balón. Este es el caso particular de un balón que, en reposo, es una esfera casi perfecta donde el efecto de achatamiento polar resulta en un diámetro ecuatorial mayor que el diámetro polar. En el caso de que un balón sea menos como una esfera perfecta y más como un esferoide prolato, Le., diámetro polar mayor al diámetro ecuatorial, el efecto estabilizador del achatamiento polar sería menor. De esta forma, la habilidad para producir un balón que es tan cercano a una esfera perfecta como sea posible es particularmente ventajoso. En la presente invención describimos nuestro diseño para balón con características estructurales especiales que facilitan al balón adoptar una forma oblata al ser golpeado en el lugar preciso. Con la incorporación de una franja ondulatoria 1 en la parte ecuatorial del balón separando un primer y un segundo hemisferios polares, 2 y 3 (Fig. 1), se posibilita el movimiento del material de la cubierta en dirección a la zona ecuatorial, cuando es girado en torno a su eje polar. Las fuerzas de inercia que crean el giro (spin) en combinación con el diseño estructural del balón, facilitan al balón adoptar la forma oblata. Ninguno de los diseños conocidos, tiene estas características, por lo que el balón comba es el primer balón especialmente diseñado para la ejecución de tiros libres y tiros de esquina con curva. Cuando el balón es pateado con la fuerza requerida de giro en torno a su eje polar y en dirección perpendicular a su eje giratorio, adopta una forma oblata y una vez que disminuye la fuerza de inercia creada por las revoluciones del giro el balón vuelve a su forma esférica natural. La banda ondulatoria facilita la dirección de las fuerzas alrededor y a través de los paneles para acomodar la tensión de deformación y recuperación (Fig. 7). En la presente invención se proporciona además de un método para crear diferentes tipos de balón, desde los perfectamente esféricos hasta otros tipos de esferoide alargados y chatos. La posibilidad de confeccionar balones con variaciones en el largo del eje polar con respecto al eje ecuatorial es especialmente importante para las sesiones de practica. Si el jugador practica sus tiros de esquina y tiros
libres con un balón ligeramente oblato se exige un mayor esfuerzo del jugador para darle en el lugar preciso que permita al balón adoptar el eje polar como el eje giratorio. Una vez que el jugador domina la técnica con el balón de práctica, al utilizar la versión esférica tendrá mejor destreza. Por otra parte al utilizar tres colores diferentes para las tres secciones independientes del balón (Fig. 1) se facñita al jugador, inmediatamente después del golpe, la observación de la trayectoria del balón y de la forma en que va girando y de esta forma se le permite hacer correcciones inmediatas para mejorar su patada. Además la estructura y el color del balón descrito, vuelve más amena la práctica de los tiros libres y abre la posibilidad para promover torneos de tiros con curva, que son tema favorito de los aficionados al fótbol. En la patente US 6,916,263, se ha descrito en detalle cómo alcanzar un grado importante de esfericidad, respecto a las longitudes de por lo menos 17 circunferencias claramente definidas sobre la bola. De todas las posibilidades de diseño presentadas en este documento, la básica consiste en el arreglo de 50 paneles (Fig. 8).
La estrategia utilizada en este diseño consistió básicamente en formar una red de 18 cuadrados sobre una superficie esférica y, a través de un proceso de ajuste de las medidas de 8 triángulos-Y adicionales, buscar una mejora en las medidas de las circunferencias consideradas. A partir del diseño básico, se propone opciones adicionales de sub-ensamblajes de paneles, para formar paneles más grandes, paneles más pequeños o bien para subdividir los paneles básicos.
En la presente invención, proponemos las posibilidades de diseño anteriores, con la restricción de que los paneles seleccionados para realizar los sub-ensamblajes deben contemplar una individualización y diferenciación de los paneles de la franja eclíptica del resto de los paneles de la estructura. Este proceso de reacomodo de los paneles se muestra en la Fig. 1 y divide la superficie del balón en tres secciones individuales, compuestos por diversos grupos de paneles, donde el grupo que conforma la franja eclíptica ecuatorial 1 del balón, se ubica en medio de los dos grupos que conforman los hemisferios polares 2 y 3 de la superficie esférica. Una vβ¿ definido el modelo y construido el balón, la separación de la superficie en tres partes individuales, promueve la adopción de una forma alargada para la superficie esférica (Fig. 4), que exige una reducción del ancho de la banda ecuatorial 1 al eliminar la porción señalada por las líneas punteadas paralelas 9 (Fig. 2) para normalizar Ia figura a una forma esférica. Al combinar estos procedimientos, alcanzamos un método que permite distribuir la superficie esférica en diversas formas, logrando llevar la esfericidad del balón a niveles mas cercanos al 100% que en balones previos.
Resumiremos los procedimientos de construcción para la bola de la presente invención así: El procedimiento de ajuste de los triángulos, que consiste en ajustar la medida de las áreas de los triángulos equiláteros descritos en Ia patente US 6,916,263 (Fig. 3). El procedimiento de reacomodo estructural de paneles que individualiza la estructura de una de las bandas eclípticas 8 del resto de la estructura (Fig. 4). El procedimiento de ajuste de banda eclíptica 8, que consiste, en reducir el grosor de la banda 8, para de esta forma mejorar Ia esfericidad (Fig. 5).
Un cuarto paso opcional del proceso, consiste en subdivisiones menores de paneles que permiten trasladar sectores de superficie que conforman los grupos de paneles polares al grupo de paneles ecuatorial y viceversa. Estos ajustes son considerados como modificaciones menores, como veremos luego.
La presente invención proporciona la técnica y método para crear diseños, balones o cubiertas esféricas para balón incorporando este procedimiento de individualización y reducción de ancho de banda, con respecto a la cubierta para balón de la patente US PAT. 6,916,263. Sigue ahora una breve revisión de la estructura básica de esta patente. El diseño básico, considerado en la patente referida secciona inicialmente el balón de acuerdo a la siguiente distribución (según mostramos en las Figuras 8 y 10A): 18 cuadrados 4, 8 triángulos 5 y 24 trapecios 6. Esta distribución ubica un triángulo equilátero 5, también llamado triangulo-Y, en la parte central de cada ociante de la superficie del balón (Fig. 11). La operación de ajuste de los triángulos, que constituye el paso inicial del método, consiste en modificar la medida del triángulo equilátero central hasta encontrar una medida que satisfaga eficientemente las circunferencias. Según sea el caso de que se genere un triángulo de menor o mayor área, este procedimiento logra acercar o alejar el área central de cada ociante del balón de su centro absoluto.
Una segunda alternativa a considerar, consiste en alterar, además de los triángulos, las medidas de los 3 cuadrados con punto central (Z) 4Z que rodean a cada triángulo 5 (ubicados en medio de 2 ociantes); no obstante, dejamos fijas las dimensiones de los cuadrados-X, con punto central (X) 4X (ubicados en medio de 4 ociantes). Con este procedimiento se logra el mismo efecto de acercar y alejar el área central del ociante al centro de la esfera, sólo que en este caso los tres cuadrados-Z 4Z que rodean el triángulo se convierten en rombos. La Figura 11 muestra en línea punteada 7 las diagonales alargadas de los cuadrados-Z 4Z para formar rombos. La importancia de estos cambios que sufre el cuadrado original para convertirse en rombo radica en que se logran mejoras sustanciales en las medidas de las 17 circunferencias que definimos sobre la bola (en Cl, C2 y la circunferencia eclíptica, C3). En particular, con una medida específica para la base del triángulo-Y 5, adyacente al lado menor del trapecio 6, podemos alcanzar un factor de esfericidad igual a 1 (caso C1=C2=C3, como se describe en la patente US 6,916,263). En nuestra anterior patente se describe diferentes posibilidades para el arreglo de los paneles, basadas todas en la configuración de 50 paneles (Fig. 10A). Además, en las reivindicaciones 4, 5 y 6, de la patente previa del presente inventor se establece las diferentes posibilidades de sub-ensamblaje. De las propuestas descritas podemos afirmar que el ensamblaje de la Fig. 8c, de la patente US 6,916,263 compuesta por 24 paneles en forma de cometa, produce excelentes resultados para los factores de esfericidad (SF) y redondez (RF). Sin embargo, hemos notado que algunas opciones, por ejemplo, la Fig. 8k, de la US 6,916,263, aunque presentan un sub-ensamblaje que en teoría mantiene la composición de las formulas matemáticas que componen las medidas de circunferencia, resulta en la práctica en un balón que tiene una pobre tolerancia de esfericidad (ST), que considera no solo circunferencias sino también diámetros. La presente invención presenta un método para subsanar los defectos en el (ST) para este tipo de arreglos de paneles que incluye el seleccionar una eclíptica como banda substancialmente horizontal que separa dos hemisferios polares idénticos. Como ejemplo para nuestras descripciones hemos seleccionado un arreglo de 36 paneles, el cual facilitara el seguimiento de las transformaciones resultantes de la aplicación del método proporcionado. La figura 10B muestra Ia conformación del arreglo compuesto por un total de 36 paneles (semejante a la Fig. 8K de US 6,916,263 ), derivado de un sub-ensamblaje del arreglo básico de 50 paneles (Fig. 10A). De acuerdo con Ia libertad que proporciona la patente referida, en cuanto a la
selección de la forma de los cuadrados o rombos 4Z y a la medida del triángulo (c) 5, hemos seleccionado la formulación C1=C2=C3 (arriba referida) para nuestro ejemplo descrito, pero nuestro punto de partida pudo haber sido cualquier otro, solo que el proceso de reducción habría también variado, como veremos más adelante. El resultado de las mediciones al confeccionar el modelo descrito de 36 paneles (Fig. 10B), presenta un achatamiento en los puntos X y Y, que se percibe más al medir diámetros que al medir circunferencias.
Al partir de otros medidas o al seleccionar otros diseños para este primer paso del método, diferentes de nuestro ejemplo seleccionado para las descripciones, posiblemente encontraremos defectos de esfericidad y achatamientos en otras ubicaciones. Esto es normal, ya que los cambios en la distribución de las costuras de acuerdo al arreglo seleccionado, afectan directamente los resultados. Podemos afirmar que el trazo seleccionado para las costuras, imprime en el resultado final, ciertas restricciones de acomodo que afectan la esfericidad del balón. Por esta razón algunos de nuestros diseños previos mostraban pequeños defectos, que ahora corregimos con la presente invención. Como afirmamos arriba, algunos de nuestros mejores arreglos muestran excelentes resultados. El paso siguiente de la estrategia de la construcción del "balón comba", de acuerdo con la presente invención, busca mitigar las restricciones de acomodo descritas, implantadas por las costuras. A continuación detallamos el procedimiento de distribución de la superficie esférica en dos sectores polares, separados por una franja ondulatoria que funciona como amortiguador de tensiones, con lo cual se otorga una mayor libertad a la estructura para acomodar naturalmente la distorsión y la recuperación. Al individualizar la eclíptica en una sola banda ecuatorial, se ha descubierto que las tensiones alrededor del balón se acomodan, resultando en un balón con una esfericidad y desempeño mejorados. La operación de reacomodo estructural consiste en utilizar las mismas posibilidades de sub-ensamblaje y sub-división descritas en la patente anterior, con la limitación de que el arreglo de paneles seleccionado debe liberar o independizar Ia estructura de una de las bandas eclípticas del balón, del resto de los paneles. El objetivo de esta limitación es dar paso a la posibilidad de activar un sistema natural de compensación para el acomodo de las superficies esféricas ubicadas a ambos costados de la franja eclíptica. Si observamos el arreglo de paneles descrito en la figura 10B, mencionado en el primer paso del método, podemos notar como la franja eclíptica 8 no se encuentra independizada del resto de la estructura. La primera transformación que nuestro ejemplo puede sufrir es la que podemos observar en la figura 1OC. Este acomodo transforma el arreglo de 36 paneles en un arreglo de 30 paneles. Otro de los cambios observables al comparar las figuras es que en lugar de contar con dos tipos de panel ahora el nuevo modelo cuenta con cuatro diferentes tipos de panel.
Por lo general, los diseños tradicionales suelen utilizar a lo sumo dos diferentes tipos de panel, con lo cual se logra mantener la simetría y el balance para la cubierta y se facilita el cálculo matemático para el diseño. Este tipo de simetría, asegura que las tensiones que se crean en los paneles se distribuyan de una manera uniforme. Contrario a la práctica común, si en lugar de utilizar simetrías como la del icosadodecahedro o las de otros arreglos de carácter cúbico, utilizamos más bien una simetría bipolar, nos permitirzá alcanzar mejores ajustes de esfericidad y además, crear un balón que incorpora características especiales cuando gira en torno a su eje polar, como veremos más adelante.
La simetría bipolar se define automáticamente al realizar un sub-ensamblaje de paneles que separe una de las franjas eclípticas (Fig. 1), del resto de la estructura (recordemos que la patente referida presenta una interconexión de cuatro franjas eclípticas, en la Fig. 3 resaltamos dos de ellas). Las figuras 1OD y 1OE son algunas muestras de sub-ensamblajes de 24 y 18 paneles que se pueden derivar a partir del modelo de 30 paneles de la Figura 1OC. Obsérvese que estos tres arreglos respetan la restricción de mantener la franja eclíptica 8 (resaltada en las figs. 10C, D, E) independiente del resto de la superficie. Obsérvese además que la banda eclíptica 8 aparece en estas figuras compuesta por seis piezas producto de la unión de medio trapecio 6 a ambos lados de los cuadrados laterales 4 (Fig. 12B), a diferencia de la Fig. 12A que ilustra los 12 paneles originales que comprenden seis cuadrados 4 y seis trapecios 6. Podría haberse pensado también en otra alternativa para la conexión de la banda, por medio de la unión de medio cuadrado lateral 4 a ambos lados del trapecio 6 (Fig. 12C), donde los cortes de los trapecios 6 y los cuadrados 4 podrían también haber ocurrido por una de sus diagonales (d) de los cuadrados 4 (Fig. 12D), o incluso utilizar un único panel para toda la banda eclíptica 8, como lo irtuestra la Figura 12E donde las líneas 9 representan la reducción de la banda 8 del paso 3. Es importante aclarar que las posibilidades de reacomodo de los 50 paneles originales son varias (ver la patente del inventor US 6,916,263, reivindicaciones 4, 5 y 6, y la publicación del inventor WO2005/079928, pagina 13, línea 6, donde se describe 72 coordenadas, que deben conservarse para mantener factores SF y RF ideales), pero el aspecto importante es individualizar la eclíptica del resto de la estructura, para facilitar que la pelota adopte un acomodo natural. En la figura 13 podemos estudiar algunas otras alternativas de acomodo estructural, incluyendo formas más pronunciadas para individualizar las ondulaciones eclípticas.
Una vez que se decide sobre la selección de alguna de las posibles configuraciones, al inflar el balón, la independencia de los tres sectores de la cubierta (Fig. 1) otorga más libertad para que el material se estire en dirección a los polos. El resultado es que el balón se transforma en un esferoide alargado (esferoide prolato), donde el eje polar crece y los ejes ecuatoriales decrecen como se muestra de una forma algo exagerada en la Fig.4.
Gracias a la restricción de diseño del método, en cuanto a la necesidad de independencia de la eclíptica, al inflar el balón, la franja eclíptica 8 funciona como un amortiguador de tensiones, puesto que tiene la habilidad para estirarse y encogerse en torno a la zona ecuatorial de la cubierta (Fig. 7). Esta característica le permite al balón un comportamiento especial cuando gira en torno a su eje ecuatorial. Cuando el balón tiene forma de esferoide prolato con su eje ecuatorial alargado, cuenta con características semejantes a las de un proyectil, con facilidad para ser lanzado girando sobre su eje polar y en dirección a su eje polar, como se haría con un balón de fútbol americano. Sin embargo, con el tercer paso del método, buscamos reducir el ancho de la banda, para que el balón recupere su esfericidad e incluso se pueda convertir en un esferoide oblato (eje polar reducido). Un balón con forma de esferoide oblato, cuenta con características que facilitan su lanzamiento con giro con rotación sobre su eje polar y su desplazamiento en dirección perpendicular a su eje polar, como se haría con un frisbee.
A continuación, detallamos el ultimo paso de la estrategia seguida en la construcción del "balón comba". De acuerdo con la presente invención, este paso busca reducir el eje más largo polar hasta igualarlo con los otros dos ejes ecuatoriales. Esto nos permitirá manipular el diseño para la construcción de diferentes tipos
de esferoide que permitan la construcción de balones más y menos cercanos al (ST) ideal para un balón reglamentario.
El tercer paso del presente método propuesto para alcanzar una estructura de balón mejorado, está dirigido a resolver el alargamiento polar que adopta el balón, al acomodar su estructura de acuerdo con la libertad que le ofrece el mecanismo amortiguador de la banda eclíptica (Fig. 4). Este alargamiento en forma de esferoide prolato se resuelve al eliminar una franja de Ia banda eclíptica 8 que se representa por el espacio lineal definido entre las líneas punteadas 9 (Fig.2 y 12E), con Io cual modificamos la cubierta para acercar su forma a la de una bola ideal. La presente invención resuelve el estiramiento prolato descrito para la cubierta, al aplicar lo que denominamos la operación de "ajuste de banda eclíptica" que consiste, básicamente, en disminuir el ancho de la banda eclíptica 1 posicionada en medio los hemisferios polares 2 y 3 de la superficie esférica (ver sección medía de la Figura 1), compuesta por seis trapecios 6 y seis cuadrados o rombos 4 (nótese que bajo las circunstancias adecuadas un cuadrado puede servir como rombo) (Figura 12A), hasta alcanzar la formación del tipo de esferoide deseado, usualmente el más esférico. La banda eclíptica ecuatorial 8 que fue separada e individualizada de la estructura en el paso dos del método, genera tres ondulaciones en dirección a ambos polos, bordeando seis de los ocho triángulos-Y 5, ubicados precisamente en las secciones alargados de ambos extremos polares (ver las flechas en Fig. 1).
Después de los pasos uno (Fig. 3) y dos (Fig. 4) del método propuesto, en adelante también llamados Paso 1 y Paso 2, respectivamente, la estructura se acomoda de tal forma que se alarga la circunferencia polar y se acorta Ia circunferencia ecuatorial. Luego, a medida que se disminuye el ancho de la banda eclíptica en el Paso 3 del método (Fig. 5), las tensiones internas de la estructura del esferoide, se van acomodando a medida que se va también reduciendo la circunferencia inicial del balón. Para determinar el grado de reducción adecuado, se debe reducir la banda, hasta encontrar el esferoide deseado, normalmente una esfera. La operación de "ajuste de la eclíptica", para cada opción de diseño y material utilizado, se puede llevar a cabo con a través de un método de prueba y error, donde se establece la próxima disminución en base al resultado anterior obtenido hasta igualar las circunferencias. En términos prácticos, Ia disminución requerida para el cambio en el ancho de banda eclíptica (DC) corresponde a un total igual a la mitad del cambio entre la circunferencia sobre el eje polar (PC) y la circunferencia sobre el eje ecuatorial (EC), de tal forma que DC-Vz(PC-EC). Siguiendo con nuestro ejemplo para las descripciones del presente método, para el caso del diseño de 30 paneles de las figuras 9B y 1OC, con la utilización de un material adecuado, la reducción del ancho se puede calcular determinando una circunferencia inicial (C) para el balón que sea aproximadamente un 5% más grande que la circunferencia final deseada (C), de tal forma que C'~1.05xC. Después de construir el balón (C) de acuerdo a las indicaciones de los pasos 1 y 2 del método, que luego por individualizar la franja eclíptica produce automáticamente un alargamiento de la circunferencia polar (PC) de aproximadamente un 1.5% y un a Ia vez un acortamiento de la circunferencia ecuatorial (EC) de aproximadamente un 3%, de tal forma que POC'xl.015 y EC=C'x0.97. Luego, al realizar el ajuste óptimo de banda eclíptica descrito en este Paso 3 del método, la circunferencia del balón alcanza la circunferencia deseada (C), con una circunferencia de menor tamaño que la de (C), pero con un (ST) mejorado.
A continuación presentaremos un ejemplo numérico, de los resultados de medidas obtenidas para el caso concreto de la construcción de un balón de 36 paneles de la Figura 1OB, de acuerdo con el Paso 1, con una medida de circunferencia inicial (C)=^O centímetros. Al construir el balón modificado, de acuerdo con el Paso 2, con un arreglo de 30 paneles, se produce el estiramiento descrito para obtener circunferencias diferenciadas: (PCy^lcm. y (EC)~68cm. Para acercar ambas medidas a una circunferencia común llevamos a cabo el Paso 3, al eliminar parte del grosor de la eclíptica (Fig. 2 y 12D) con lo cual se crea un efecto de reducir la medida de circunferencia polar (PC) en mayor proporción de lo que se reduce la circunferencia ecuatorial (EC). Logramos así igualar (PC) con (EC) en el punto de circunferencia deseada (C)=67cm.s, donde como dijimos inicialmente OC71.05. Aunque al final del Paso 3 resulta una bola más chica, en la práctica la construcción de un balón (C), utiliza exactamente los mismos troqueles que un balón (C), con excepción del troquel de la banda ecuatorial que se debe reducir a un aproximado de 71% de su ancho original (para el tipo de material utilizado), para obtener resultados satisfactorios en las mediciones (ST). Obsérvese que la franja eclíptica aparenta requerir dos diferentes troqueles, de tres piezas cada uno (ver Fig. 12 B, C y D). Sin embargo, en la practica al invertir el material es posible utilizar únicamente un troquel. Por lo tanto, en el Paso 3 basta con modificar el ancho de un solo troquel para realizar las mejoras en el ST de la bola, mientras que el resto de las proporciones permanecen iguales.
En términos generales podemos concluir que en el Paso 3, cuando eliminamos una franja a lo largo de toda la banda eclíptica, por un ancho de DO=Vi(PC-EC), el balón recobra la esfericidad perdida con el estiramiento del Paso 2 (la Figura 6 resume las transformaciones de los tres pasos numerados #1, #2 y #3).
La explicación de la fórmula de arriba radica en que la circunferencia polar (PC), es afectada en dos veces el ancho de la franja eliminada, dado que (PC) medido en cualquier dirección, siempre atraviesa la banda eclíptica dos veces. Sin embargo, este proceso de reducción del ancho de banda, a su vez reduce el tamaño del balón. Las reducción en la circunferencia ecuatorial (EC), producida por Ia disminución del ancho de la banda eclíptica, es difícil de percibir, pues el corte del ancho no esta supuesto a alterar el largo de la franja. Sin embargo, en la práctica las tensiones causadas por la eliminación de parte de la superficie esférica al reducir el ancho de banda, terminan por causar una disminución menor de la medida ecuatorial (EC). Es por esta razón que el cálculo de la reducción no se trata simplemente "dividir la diferencia entre dos", como se describió arriba en términos generales, sino que requiere de ajustes adicionales que justifican la utilización de un método de prueba y error, como describimos arriba.
El hecho de reducir el troquel de Ia banda eclíptica del Paso 2, a un aproximado de un 70% del original (para nuestro diseño de 30 paneles, en nuestro material seleccionado), permite llevar la redondez del balón en el Paso 3, a un (ST) mejorado, en términos del (ST) original del Paso 1. Aunque balones con Ia misma circunferencia pueden producir diferentes resultados para el calculo del (ST), debido a la resistencia de los materiales utilizados, el método fundamental para determinar el grado de disminución de la banda eclíptica es siempre el mismo con un grado máximo de disminución posible de (b) ((b2) cuando utilizamos rombos) donde la franja eclíptica desaparece. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el grado de disminución necesario para alcanzar el (ST) seleccionado va a ser tal que la banda eclíptica estará entre el 60% y el 80% del ancho original. En el caso de la estructura de la pelota descrita, una reducción al 70% del original es requerida (suficiente para llegar a niveles (ST) aceptables). Preferiblemente, para el balón
"C1=C2=C3" de la patente US 6,916,263, en un arreglo de 30 paneles, una disminución a poco más del 71% lleva la tolerancia de esfericidad (ST) a niveles superiores con respecto a nuestros diseños anteriores. Precisamente por la forma ondulada que tiene la banda eclíptica, cuando se realiza la operación de individualización (Step 2), los grupos de paneles ubicados en los extremos polares (PE) ((PEN) para extremo Norte y (PES) para extremo polar Sur) se unen de tal forma que se puede predeterminar la dirección en que estos serán estirados cuando el balón es golpeado. Podemos afirmar que con el procedimiento de separación estructural de la banda eclíptica, se logra un'talle bipolar" muy particular sobre la totalidad de la superficie esférica, que permite "amortiguar" y redireccionar el stress que sufre el balón con los golpes. El posicionamiento de las ondulaciones en la eclíptica, contribuye con el establecimiento de un mecanismo especializado para tiros libres en fútbol que opera en toda la cubierta del balón, en adelante también llamado "mecanismo swirl" (Figura 7). La forma de la banda eclíptica coloca tres ondulaciones en dirección a uno de los polos (PEN) y otras tres ondulaciones en dirección al polo contrario (PES), de tal forma que cuando el balón es golpeado con efecto de giro en torno a su eje polar (localizado en medio del centro exacto de (PEN) y el centro exacto de (PES)), las ondulaciones cuentan con la posibilidad de alinearse en dirección hacia el plano ecuatorial (perpendicular al eje polar y cortándolo en dos lados de igual tamaño) y con ello se causa una leve disminución en el largo del eje polar.
En la Figura 7, podemos observar las flechas indicando la dirección del movimiento del material de la cubierta para balón así como de las costuras correspondientes, cuando la presión aumenta dentro del balón. Nótese los rombos estirándose en dirección a las diagonales más cortas, este movimiento tira de ambos
(PE)4 (PEN) y (PES), en todas direcciones, resultando en un achatamiento de los polos. Nótese las flechas a lo largo de la banda eclíptica en medio de la figura, tendiendo a normalizarla en una franja recta. Este sistema de flechas muestra como el resultado final consiste en que las ondulaciones intentan aplanarse en dirección a la circunferencia ecuatorial (EC)5 cuando las fuerzas emergen del centro absoluto del balón y hacia la circunferencia ecuatorial (EC), resaltada con una línea punteada en el centro del ancho de la eclíptica. El esquema mecánico de flechas de la Figura 7, simulando la traslación de costuras y material de panel, describe el resultado de liberación de energía del golpe con un efectivo intento de estiramiento de la banda eclíptica y los correspondientes traslados de los extremos polares (PE) en dirección al centro absoluto del balón, como único contrabalance posible. Las fuerzas de inercia causadas por el giro, inducidas por la fuerza de la patada con efecto lateral, contribuyen con la activación de este mecanismo, tal y como sucede con la masa oceánica de nuestro planeta que se acumula en torno a Ia zona ecuatorial. El "mecanismo swirl" para tiros libres y tiros de esquina, consiste en crear, con los procedimientos de separación de banda del Paso 2 y los procedimientos de ajuste de banda del Paso 3, un desbalance intencional en la posición de los paneles, que permite un juego o vaivén mínimo de la franja eclíptica, pero suficiente para modificar el largo de la circunferencia ecuatorial (EC) y el cambio correlacionado en la circunferencia polar (PC).
El desbalance existente entre los dos grupos de paneles de los extremos polares (PE) se puede observar en la Figura 1, que muestra una vista que separa los tres grupos principales de paneles que componen la cubierta del balón. Unas flechas imaginarias en la Fig. 1, en dirección a los polos, sirven de guía para distinguir la dirección en que el material, del cual esta hecho el balón, tiende a estirarse de acuerdo con Ia
misma dirección de las flechas de la Figura 7, que muestra una vista plana del mismo arreglo. La dirección de las flechas en ambos dibujos (Fig. 1 y Fig. 7) sería exactamente opuesta para todas las flechas, cuando el material y las costuras del balón se mueven de regreso desde una posición alineada de la eclíptica a su posición ondulada original, este vaivén sucediendo probablemente en una fracción de segundo mientras la pelota viaja en su trayectoria.
La deformación que sufre la cubierta del balón después de un golpe en su estructura, produce un aumento de la presión interna, la que a su vez obliga al balón a recuperar su esfericidad. Con el "mecanismo swirl" se asegura que la recuperación de la esfericidad del balón se lleve a cabo de una forma sincronizada y balanceada, pues todas los curvas están conectadas (recordemos la descripción de arriba de cómo todos los paneles de la eclíptica pueden formar un solo panel, ver Fig. 12D). Las fuerzas de inercia del giro producen el estiramiento de la eclíptica y como efecto compensatorio se produce una reducción del diámetro polar; luego, cuando la fuerza de las revoluciones disminuye, el balón recupera su esfericidad de una forma ordenada, precisamente por la posición intercalada que tienen las ondulaciones, alternando su inclinación hacia uno y otro polo. Según el artículo de Physics World, descrito arriba, un balón con un peso de 430 gramos, que es golpeado en el lugar preciso y acelerado a unos 112 Kph (70Mph) y a 9 revoluciones por segundo, en una trayectoria de 30 metros, durante el lapso de un segundo de vuelo, puede desviarse hasta 4 metros de lo que sería su curso normal en línea recta, lo cual es suficiente para poner en dificultades a cualquier portero. El mismo artículo afirma que cuando la cantidad de spin del balón decae, también decae la fuerza drag que causa la curva. Por lo tanto agregamos, que cualquier esfuerzo por mantener el spin del balón durante ese segundo de trayectoria es justificable para aumentar la probabilidad de causar el tan preciado "Efecto Magnus" o "Efecto Comba".
El "mecanismo swirl" esta particularmente diseñado para la ejecución de tiros libres y permite que el balón, al ser golpeado con efecto o spin en torno a su eje polar (patada lateral) y con suficiente fuerza de inercia causada por la patada, manifieste un desplazamiento de las ondulaciones en dirección al ecuador.
Cuando el material de la cubierta se moviliza en dirección a la zona ecuatorial, automáticamente se produce un achatamiento del eje polar, conformando una estructura oblata estable, que permite al balón conservar su eje giratorio y con ello logra conservar la velocidad del giro (spin) por más tiempo. Entre más oblato es un objeto que gira, más fácil es que conserve su estabilidad. El extremo de esta afirmación, lo encontramos en la estabilidad ofrecida por el frisbee. Por el contrario, intentar un tiro libre con 'Εfecto Comba" utilizando un balón de fútbol americano en lugar de un balón de fútbol soccer, pareciera ser imposible, pues su eje polar alargado con respecto al ecuatorial, lo vuelve inestable al desplazarse girando en dirección perpendicular a su eje giratorio y probablemente esta inestabilidad le haría perder su eje de giro inmediatamente después de la patada. El traslado de un balón de fútbol americano, un esferoide prolato, es más estable cuando se desplaza girando en dirección a su eje polar, como cuando se lanza en un "forward pass".
El diseño que describe el método proporcionado (i.e., Figura 7), cuya estructura fomenta la adopción de la forma oblata en circunstancias particulares de giro, permite la construcción de balones especiales para la ejecución de tiros libres directos y tiros de esquina en el fútbol, y de balones especiales para curvear en general en cualquier deporte.
La bipolararidad de nuestras propuestas para cubierta esférica, brinda características especiales no compartidas con otros diseños conocidos. Balones que no incorporan algún tipo de mecanismo en su estructura, difícilmente podrán tener un desempeño predecible y confiable. Un ejemplo de mecanismo incorporado, lo presenta la solicitud internacional de patente para el "balón XYZ" (publicación WO2005/079928) especialmente diseñado para una eficiente rapidez con la que pueda recuperar su forma esférica original, convirtiéndolo así en un balón que se desplaza más rápidamente de un lado a otro. Balones basados en la estructura del icosadodecahedro, son eficientes para distribuir la esfericidad, pero no incorporan mecanismo alguno en su estructura. Ante un estiramiento de la cobertura del balón, a estos diseños les es imposible predecir hacia que lado se moverá la estructura para soportar el golpe, lo cual implica una reacción desordenada y aleatoria de la estructura. Otros diseños, que ni siquiera cuentan con divisiones entre paneles, como los que utilizan técnicas de thermal-bonding para unir todos los paneles en una sola pieza, eliminan totalmente la posibilidad de establecer un mecanismo que pueda permitir algún tipo de orden en la recuperación de esfericidad. Los balones multipanel permiten una funcionalidad importante a las costuras, además de producir la unión de los paneles. El tejido de la costura produce un doblez del material hacia la parte interna de la superficie esférica que proporciona rigidez a los trayectos de unión entre orillas de paneles adyacentes. Esta rigidez es la que permite a las orillas funcionar como "puntal" (strut) y en otros momentos el material tejido permite a las orillas actuar como "cable de tensión", por medio de lo cual se da forma a la estructura esférica. El diseño del arreglo de paneles dibuja un contorno sobre la estructura esférica que forma precisamente el mecanismo de recuperación de esfericidad después de la patada. Dependiendo del diseño seleccionado, algunos contornos, como los del "balón bucky" de 32 paneles, carecen de funcionalidad como mecanismo. Otros contornos, como los que proponemos pueden construirse siguiendo los tres pasos de nuestro método, incluyen un desbalance intencional de la estructura que activa un proceso mecánico en circunstancias particulares de giro (spin). Las amplias posibilidades de reacomodo estructural que describimos en el Paso 1 y el Paso 2 del método, permiten experimentar con diferentes tipos de arreglo de paneles, cada uno de los cuales va a proporcionar un mecanismo de ajuste distinto. Nuestro ejemplo de 30 paneles de las Figuras 4, 5, 7, 9B y 1OC muestra costuras paralelas que pasan de un extremo polar al otro, atravesando la banda eclíptica en línea recta, gracias al arreglo eclíptico descrito en la Figura 12B. Contrariamente, en el arreglo eclíptico descrito, por ejemplo, en la Figura 12C, la continuidad de la costura se interrumpe al llegar a la banda eclíptica, lo cual cambia las particularidades del "mecanismo swirl", al comparar ambos modelos. Para más detalles en cuanto a las diferencias entre las uniones vértice-vértice y vértice-arista, nos referimos a la publicación de la solicitud internacional de patente WO2005/079928 arriba referida. Además del arreglo para las costuras en la construcción de la pelota, la flexibilidad del material utilizado en cada panel, también contribuye con la activación de los mecanismos de absorción de golpes y redirección de esfericidad. La utilización de un material más o menos flexible en selectos grupos de paneles influirá en la facilidad o dificultad del movimiento estructural que se dará en el mecanismo descrito. Si el material utilizado para los paneles que conforman, la banda eclíptica 1, es de mayor o menor flexibilidad que el resto de los paneles que componen los hemisferios polares 2 y 3, el efecto de vaivén de la banda eclíptica 1 será diferente que cuando se utiliza un mismo material para toda la cubierta
del balón. Un material más rígido tendría la tendencia de actuar como palanca en el auto ajuste, mientras que un material más flexible permitiría una mayor movilidad en esta área, fomentándose a través de estas dos formas la acción del mecanismo de la estructura.
La Fig. 1OC ilustra Ia forma de los paneles y el arreglo para un modelo preferente de balón o cubierta para balón de la presente invención presentado en un arreglo plano previo a su ensamblaje en un balón esférico.
Este arreglo se deriva del balón original de 50 paneles de la patente previa del inventor y de la Fig. 10A como una reasignación de las áreas de los paneles de tal forma que los cuadrados 4, triángulos 5 y trapecios 6 que previamente conformaban los hemisferios polares se combinan para formar las configuraciones de paneles a ambos lados de la banda eclíptica 8 mostrada en la Fig. 1OC. Esta reasignación sirve para reducir el número de paneles existentes, de tal manera que se facilita el ensamblaje a la vez que se define la eclíptica 8 para permitir la reducción del ancho del Paso 3, por medio de lo cual la esfericidad del balón es mejorada. Además se señala que la forma de los paneles y el arreglo de la Fig. 10C proporciona una dirección de fuerzas óptima alrededor y a través de los paneles como se discutió con relación a la Fig. 7. Para el caso concreto del balón de 30 paneles descrito (Figura T), a manera de ejemplo, podemos pensar en la utilización de un material más flexible para los tres rombos ubicados en cada sector polar. Esto va a influir directamente en la transformación oblata, puesto que la conformación del rombo actúa como regulador de las alturas de las curvas de la eclíptica. Nótese como en la Figura 7, todos los paneles en la parte superior de la banda eclíptica central compuesta por 6 paneles, componen el extremo polar Norte (PEN) y los paneles en la parte inferior componen el extremo polar Sur (PES). Nótese también que 3 de los paneles de cada (PE) están separados del arreglo por razones de simetría, pero la correcta posición del arreglo se describe en la Figura 1OC.
Hemos comprobado que al girar la posición de los rombos en 90 grados, en nuestro arreglo de 30 paneles descrito, con el troquel de banda eclíptica ajustado a un 76% del ancho original, y utilizando un material de igual flexibilidad para todos los paneles, se produce un efecto claro que acorta el eje polar de la superficie esférica modificada. Las mediciones realizadas determinaron que la circunferencia polar paso de PE!=67.5cm. a PE=68cm. y la circunferencia ecuatorial paso de EC-67 cm. a EO^cm., medidas características de un esferoide oblato. Una solución a esta deformación consiste en cambiar el ancho de la banda de un 76% a un ancho más cercano al 100% original. Nótese que este procedimiento envuelve pasos adicionales, puesto que en el Paso 3 ya habíamos modificado el ancho de banda a un 76%, pero como en el paso 4 se rotan los rombos, se necesita entonces un paso 5 que vuelva a ajustar el ancho de banda (es importante aclarar que los pasos 4 y 5 descritos, se denominan por el orden numérico en que suceden, pero estos pasos adicionales son únicamente repeticiones del Paso 1 y el Paso 3, respectivamente). Sin embargo, lo que intentamos con este ejemplo, es demostrar como pequeños cambios en la conformación del rombo producen un gran achatamiento en los polos.
La reducción del eje polar se produce porque la parte superior de las curvas de la eclíptica, las que están más cercanas al centro absoluto de los extremos polares (PE), tienen más libertad para trasladar material en dirección al ecuador de la pelota, lo cual causa un estiramiento de la circunferencia ecuatorial y acorta el eje polar. Por lo tanto, la utilización de diversos tipos de flexibilidad, para selectos grupos de paneles, puede fecilitar la adopción de una conformación oblata cuando las ñierzas de inercia del giro en torno al
eje polar, provocan estiramiento de la zona ecuatorial, que activa el mecanismo especializado para tiros libres proporcionado por las ondulaciones de la banda eclíptica independizada.
Nuestro método, proporciona una amplia posibilidad de experimentación con diversos modelos para las medidas de los rombos y de la distancia (c), para la distribución de costuras y la determinación del ancho de banda eclíptica. El método propuesto permite estudiar los efectos de ajuste de la banda eclíptica para compensar las fuerzas de tensión existentes en toda la superficie esférica, permite establecer técnicas para mejorar la esfericidad de un conjunto de paneles, finalmente facilitando la comprensión de la mecánica que opera en la formación de la circunferencia. En este sentido parece interesante estudiar las características mecánicas del modelo de medida "(c)=raíz(3)x((d)-(a))", donde "(d)=l/8(C)", de la patente referida, el cual utiliza 18 cuadrados (en lugar de rombos-Z y cuadrados-X). Este modelo produce una medida "(Cl)-(C2)=4((a)-(b))". Como la medida de (Cl) es mayor que la de (C2), una vez separada y ajustada la banda eclíptica seleccionada, pareciera interesante alargar la diagonal (d) (la que une los cuadrados-X) en los 6 cuadrados ubicados en los extremos polares, con su correspondiente disminución en la diagonal (d2) (la que une los triángulos- Y), con la intención de revertir el efecto (C1)>(C2) y de paso promover cambios en los diámetros de los ejes-
Y, con respecto a los diámetros de los ejes-X.
Aunque la intención ultima del método es proporcionar un balón con una tolerancia de esfericidad cercana a 0%, resulta interesante pensar en la utilización de balones con una leve inclinación hacia la conformación prolata y oblata, Le. 1.5% o 3.5% (ST). Con la ayuda del método se puede fabricar intencionalmente un esferoide oblato, pero que cumpla o se acerque a las especificaciones de esfericidad (ST) que exige FIFA.
Se puede experimentar con esferoides prolatos, para estudiar su desempeño en los tiros directos sin efecto de patada lateral, cuando su eje polar apunta en la dirección del desplazamiento. Por ultimo, el método permite también la producción de esferoides con abultamientos específicos en sectores determinados, para fines de estudio científico sobre su mecánica de vuelo. Una ventaja adicional de la propuesta para cubierta de balón de la presente invención, la constituye el hecho de que nuestros balones incluyen un ornamente original en su estructura lo cual evita la necesidad de incluir estampados para volverlo llamativo. Como la franja eclíptica esta separada estructurahnente del resto de la superficie esférica, es fácil destacar sus ondulaciones con la utilización de un material de diferente color, lo cual evita el costo del proceso de estampado y a la vez lo diferencia con respecto a otros balones que no producen diseños ondulados en el contorno de las costuras. La franja ondulatoria que caracteriza nuestros diseños se puede resaltar utilizando diversos colores de panel. Es interesante notar como se pueden representar la mayoría de los colores de las banderas del mundo y de los diferentes clubes de fútbol de una novedosa forma ondulada. Sin embargo la funcionalidad de la utilización de colores para destacar la eclíptica, no constituye un simple uso para ornamento, sino que el principal objetivo de colorear es el de distinguir la orientación del eje de rotación. Al utilizar un color diferente para cada uno de los tres grupos de paneles que conforman la cubierta esférica (Fig. 1), se facilita la rápida colocación del balón en la posición preferida del jugador antes del tiro libre y se obtiene una retroalimentación inmediata del efecto de giro logrado después de Ia patada. Al seleccionar un color claro para el color del grupo de paneles de un extremo polar, un color oscuro para el grupo de paneles del extremo polar contrario y un color neutro, preferiblemente el blanco, para el grupo
de paneles que compone la franja eclíptica se hace posible distinguir fácilmente la dirección en que esta girando el balón. Así por ejemplo, si al patear el balón el color oscuro esta posicionado en el suelo y una vez en el aire notamos el color oscuro arriba, se hace posible obtener datos de trayectoria que no se conocerían si ambos colores polares son similares. Por otra parte, el color blanco de la franja eclíptica permite estimar la velocidad del giro (spin) ya que las ondulaciones se pueden distinguir fácilmente gracias al contraste con los otros dos colores.
La utilización de color permite al jugador una información inmediata sobre su accionar y además permite al espectador apreciar el tipo de efecto logrado, lo cual aumenta las vivencias del espectáculo. Además, la fácil distinción de los movimientos del balón, permite a entrenadores y compañeros de equipo, compartir la experiencia de la técnica para curvear. Además, con las filmaciones en cámara lenta se podrá apreciar aún mejor la técnica utilizada.
En un deporte que se vuelve cada vez más técnico, como el fútbol, se requiere una nueva generación de balones inteligentes. Con nuestra propuesta de cubierta para balón buscamos incorporar tecnología en los tiros libres y los tiros de esquina, con la intención de dar más dinamismo al deporte y sobre todo, más goles.
Nos referimos, por ultimo a la posibilidad de realizar cambios en la forma de las curvas de la estructura esférica. Las ondulaciones de la eclíptica están formadas por trayectos de línea recta, coincidentes con dos de los lados del rombo y dos de los lados del trapecio. Para suavizar la transición de la curva cuando cambia su ángulo entre uno y otro trayecto, es posible tomar material de los paneles polares o bien trasladar material de la franja eclíptica. También podríamos pensar en la posibilidad de simplemente suavizar los vértices de dichas curvas sin considerar el traslado de material, siempre y cuando se considere el efecto que esto puede causar en Ia esfericidad, para luego poder corregir los defectos de acuerdo con las posibilidades que permite el método. Como el ancho del rombo es distinto de la medida (b), podemos buscar un diseño de franja que alterna entre más gruesa y más delgada o bien podemos pensar en buscar un ancho uniforme para la misma. Una forma simple de modificar las curvas es la que se puede observar en la Fig. 13, donde solamente se manipula material del panel cercano a la base (a) y al lado corto (c) del trapecio. La manera en que se suavizan las curvas que definen las ondulaciones va a influir, por su puesto, en los resultados de esfericidad obtenidos, para lo cual habrá que realizar los ajustes del caso. Mientras que esta invención ha sido expuesta particularmente con respecto a mejorar la esfericidad y redondez de balones de fiítbol multi-panel así como de cubiertas para los mismos, se entiende que esta invención no se encuentra limitada a las opciones aquí expuestas sino que puede ser adaptada para la formación de otros artículos y productos de forma esférica hueca.