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绕过人墙 、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球”?******

  又到了四年一度 的世界杯

  不知道大家 是否还记得

  2018届世界杯中

  葡萄牙和西班牙相遇 的小组赛

  C罗在最后时刻力挽狂澜

  踢出被解说员叹为

  “翩若惊鸿,宛若蛟龙”的

  “C型”任意球 ,扳平比分

  被踢出 的球为什么会迅速升降?

  又为什么会“拐弯”呢?

  首先我们来了解一下任意球

  任意球 是啥?

  任意球是罚球的一种 。它 是一种在足球(或手球)比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法。

  任意球分两种:直接任意球 ,踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分;间接任意球,踢球队员不得直接射门得分 ,球在进入球门前必须被其他队员踢或触及 。判罚前场任意球后会使用一种泡沫喷剂划定球的摆放位置 ,以及人墙的站位 ,发任意球时需要用手触球,然后在裁判哨响后踢球 。

  香蕉球?能吃吗?

  事实上,C罗踢出 的这种任意球在足球比赛中并不少见 。

  在1997年,在巴西对法国的一场足球比赛中 ,巴西足球运动员Roberto Carlos,在没有通向球门的直接路线的情况下,从35米外开出一个任意球。他 的射门使球飞过球员 ,并在快要出界 的时候急转向左,砸入球门 。

  图源 :网络 香蕉球图解

  球 的突然拐弯让在场球员 ,特别 是法国守门员根本来不及反应。这个史上最漂亮,最具标志性和最违反物理学定律的任意球,被叫作“香蕉球”。法国物理学家对此研究了数年 ,终于用“马格努斯效应”解释了这个问题 。

  马格努斯效应

  图源网络

  当一个旋转物体 的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时 ,在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成 的平面相垂直 的方向上将产生一个横向力 。在这个横向力 的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象 。这 是流体力学中的一种现象 。

  图源 :陕西师范大学物信院 马格努斯效应示意图

  旋转物体之所以能在横向产生力 的作用,是由于物体旋转可以带动周围流体旋转 ,使得物体一侧的流体速度增加 ,另一侧流体速度减小。

  是不 是听得云里雾里?

  香蕉球轨迹

  球在气流中运动时,如果其旋转 的方向与气流同向 ,则会在球体的一侧产生低压,而球体 的另一侧则会产生高压 。运动员 的用力方向朝右 ,所以足球逆时针旋转。拐点处足球左侧产生低压 ,右侧产生高压,这样就导致足球存在横向 的压力差 ,并形成向左侧 的力。

  图源:NKPhysics

  根据物理公式 ,距离越远 ,速度越慢,球偏离角度也就越大。因此 ,我们能看到在香蕉球运行的末尾时刻,会发生更剧烈的偏转,给守门员一个巨大的“惊吓”。

  我也能踢出和C罗一样的球吗?

  回到文章开头提到的C罗“力挽狂澜” 的任意球 ,这一球不止踢出了上述“香蕉球” 的概念 ,同时也混合了“电梯球” ,即指大力踢出 的足球,下落很快 ,像 是从电梯上下坠,它实际上是高速飞行的足球受到重力和大雷诺数阻力下的运动轨迹。

  图源: 中国物理学会期刊网 皮尔洛 的“电梯球”

  葛惟昆教授解释说:“踢出电梯球 的一大关键要素 ,就是球 的初始速度要快。”要踢电梯球 ,球的初始速度应该接近150公里/小时,没错,就 是一辆车在高速公路上狂飙的速度。

  图源 :科学世界

  研究人员在进行场景模拟时发现,要想让100公里/小时以上速度 的任意球避开人墙(假定在距离约9米远 的位置有5名身高1.8米 的对方球员并排)成功射门,球离开地面时与地面 的夹角必须控制在15°~17°之间 ,也就 是仅有2°的精度范围(在距离球门25米 的位置 ,踢出转速为每秒8转 的侧旋弧线 的情况) 。

  如果 是足球,以每小时90千米 的速度每秒旋转8转,球会在这个距离内弯曲3米以上。

  图源见水印

  而踢出弧线的关键在于 ,落脚点在偏离球心的位置,偏离球心 的幅度越大 ,球的转速越快 。有研究人员称,安德烈亚皮尔洛等优秀 的任意球球员会使球的旋转轴倾斜角度大于侧旋,让马格努斯力倾斜向下发挥作用,从而踢出“球速快、大幅弯曲的同时又急剧下沉 的”球路。

  资料来源:科学世界 、中国物理学会期刊 、科技日报 、天津科普说、NKPhysics

  整理:董小娴

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