L’effet Magnus, découvert par Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), physicien allemand, est un principe physique qui explique la force tangentielle subie par un objet en rotation se déplaçant dans un fluide. C'est cette force qui explique la modification de trajectoire d'une balle de tennis ou un ballon de football "lifté" . Cet effet est également utilisé comme moyen de sustentation ou de propulsion.
Quand la vitesse d'un fluide (comme l'air) augmente, sa pression diminue, et réciproquement, comme l'indique l’équation de Bernoulli. La rotation d'un objet placé dans un vent relatif (l'objet se déplaçant par rapport à l'air ou l'air se déplaçant par rapport à l'objet) modifie asymétriquement le champ des vitesses autour de l'objet. Dans l'animation ci-contre, on voit très bien que le cylindre projette l'air de la soufflerie vers le haut. La loi sur la conservation des quantités de mouvement de Newton impose alors l'existence d'une force vers le bas (cette force est donc une force de réaction).
Lorsqu'une balle (ou un ballon) en rotation se déplace dans l'air, le frottement engendré par la rotation modifie l'écoulement d'air autour d'elle. L'effet est dissymétrique : d'un côté la balle entraîne l'air qui accélère et la pression diminue. De l'autre côté la balle freine l'écoulement d'air et la pression augmente. On aura donc une différence de pression et la balle va se déplacer du côté où la pression est plus faible. Selon la vitesse de rotation de la balle, la position des points où la vitesse est respectivement minimale et maximale (et donc le sens de la force appliquée) varie.
Par exemple, si la balle roule au sol, la vitesse de sa surface supérieure, relativement à l'air, est plus grande. Cette vitesse accrue de la surface supérieure va freiner l'air passant vers l'arrière au-dessus de cette surface (freinage par friction) : La vitesse de l'air devenant plus faible, sa pression se fait plus forte (par Bernoulli).
Si à présent la balle tourne de la même façon en l'air, l'air sera inversement entraîné à une vitesse plus forte par sa surface inférieure, ce qui diminuera sa pression (par Bernoulli). On aura une légère surpression en haut et une légère dépression en bas de la balle, ce qui la fera plonger plus vite vers le sol. Si la rotation de la balle se fait dans le sens contraire, elle est soulevée et aura une trajectoire plus rectiligne pendant sa montée, avant de reprendre la trajectoire en cloche ; elle volera plus loin avant de toucher le sol.
C'est cet effet qui explique par exemple la trajectoire travaillée des tirs de coups-francs au football, l'effet lifté au tennis, l'allongement de la portée des répliques d'airsoft (système Hop-Up) ou l'effet de rotation d'une balle de tennis de table.
Inversement, l'effet Magnus participe à l'imprécision des armes à feu à canon non rayé et utilisant une balle ou un boulet sphérique : avec ces armes, au sortir du canon la munition a une rotation très variable, et elle se comporte de façon non moins variable.
Inventé en 1992 par la firme Tokyo Marui (fabricant japonais de répliques d'airsoft), le système hop-up permet d'augmenter la portée des billes sans augmenter (et même en diminuant légèrement) la vitesse de sortie à la bouche des répliques, via l'effet Magnus. Il se base sur un joint de caoutchouc qui exerce une friction sur la bille au moment de sa propulsion, la faisant tourner sur elle-même (dans le sens contraire d'un lift au tennis) et permettant ainsi de la faire « voler ».
Un bon hop-up augmente aussi la constance des tirs et donc la précision du lanceur.
L'utilisation de l'effet Magnus a été proposée pour mettre au point des systèmes de propulsion composés de gros cylindres verticaux en rotation capables de produire une poussée longitudinale lorsque le vent est sur le côté.
Le projet d'aéromobile (voiture-avion) « iCar 101 » utilise des ailes à effet Magnus pour assurer sa portance.