Зачем нужна разметка в виде полукруга у ворот?

Если штрафной будет совершен на границе, то мяч установят не на границе штрафной, а на этом полукруге

Смотрим правила!

Правило 1 - Поле для игры

...
Разметка поля
Разметка поля для игры производится с помощью линий. Эти линии входят в площадь, которую они ограничивают.
...
Ширина любой из линий не превышает 12 см (5 дюймов) .

Штрафная площадь
...
Внутри каждой штрафной площади делается 11-метровая отметка - на расстоянии 11 м (12 ярдов) от точки, находящейся между стойками ворот и на равном расстоянии от них. За пределами штрафной площади проводится дуга окружности радиусом 9,15 м (10 ярдов) , центром которой служит 11-метровая отметка.
...

Правило 14 - 11-метровый удар

...
Местонахождение мяча и игроков

Мяч:
- устанавливается на 11-метровую отметку.

Выполняющий удар игрок:
- должным образом определен.

Вратарь защищающейся команды:
- остается на линии своих ворот, лицом к выполняющему удар игроку, между стойками ворот, до тех пор, пока по мячу не будет произведен удар.

Игроки, кроме выполняющего удар, находятся:
- в пределах поля
- за пределами штрафной площади
- позади 11-метровой отметки
- на расстоянии не менее 9,15 м (10 ярдов) от 11-метровой отметки.

Судья

- не дает сигнала для выполнения 11-метрового удара, пока игроки не займут позиции в соответствии с данным Правилом
- принимает решение о том, что 11-метровый удар выполнен.
...

Вывод: Эта разметка нужна только для одной ситуации - выполнение одиннадцатиметрового удара. Все игроки ОБЕИХ команд должны находиться позади мяча и этой линии за пределами штрафной площади.

Кстати, на поле есть всего три "стандартных" ситуации, для которых расстояние 9,15 м указано ЯВНО:
1. Розыгрыш мяча с центра поля.
2. Одиннадцатиметровый удар.
3. Выполнение углового удара. (помните - такой "усик" с внешней стороны линии ворот. Элемент необязательный) .

Вот ссылки:
referee.ru/page/30
referee.ru/page/43

когда бьют пенальти - игроки отходят либо за ворота (оч редко) либо за ЭТОТ полукруг

Во время пенальти в пределах штрафной имеют право находиться только вратать, бьющий игрок и арбитр. Остальные должны находиться за пределами штрафной и этого полукруга. В общем, то же самое, что сказал Миша Мячин

При назначении пенальти никто кроме вратаря, судьи и бьющего игрока не имеет права до удара заходить в штрафную и этот полукруг.