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繞過人墻、半路轉(zhuǎn)彎 怎么在世界杯踢出超帥“香蕉球”?

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又到了四年一度的世界杯

不知道大家是否還記得

2018屆世界杯中

葡萄牙和西班牙相遇的小組賽

C羅在最后時(shí)刻力挽狂瀾

踢出被解說員嘆為

“翩若驚鴻,宛若蛟龍”的

“C型”任意球,扳平比分

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被踢出的球?yàn)槭裁磿?huì)迅速升降?

又為什么會(huì)“拐彎”呢?

首先我們來了解一下任意球

任意球是啥?

任意球是罰球的一種。它是一種在足球(或手球)比賽中發(fā)生犯規(guī)后重新開始比賽的方法。

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任意球分兩種:直接任意球,踢球隊(duì)員可將球直接射入犯規(guī)隊(duì)球門得分;間接任意球,踢球隊(duì)員不得直接射門得分,球在進(jìn)入球門前必須被其他隊(duì)員踢或觸及。判罰前場任意球后會(huì)使用一種泡沫噴劑劃定球的擺放位置,以及人墻的站位,發(fā)任意球時(shí)需要用手觸球,然后在裁判哨響后踢球。

香蕉球?能吃嗎?

事實(shí)上,C羅踢出的這種任意球在足球比賽中并不少見。

在1997年,在巴西對(duì)法國的一場足球比賽中,巴西足球運(yùn)動(dòng)員Roberto Carlos,在沒有通向球門的直接路線的情況下,從35米外開出一個(gè)任意球。他的射門使球飛過球員,并在快要出界的時(shí)候急轉(zhuǎn)向左,砸入球門。

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圖源:網(wǎng)絡(luò) 香蕉球圖解

球的突然拐彎讓在場球員,特別是法國守門員根本來不及反應(yīng)。這個(gè)史上最漂亮,最具標(biāo)志性和最違反物理學(xué)定律的任意球,被叫作“香蕉球”。法國物理學(xué)家對(duì)此研究了數(shù)年,終于用“馬格努斯效應(yīng)”解釋了這個(gè)問題。

馬格努斯效應(yīng)

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圖源網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時(shí),在與旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動(dòng)速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產(chǎn)生一個(gè)橫向力。在這個(gè)橫向力的作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這是流體力學(xué)中的一種現(xiàn)象。

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圖源:陜西師范大學(xué)物信院 馬格努斯效應(yīng)示意圖

旋轉(zhuǎn)物體之所以能在橫向產(chǎn)生力的作用,是由于物體旋轉(zhuǎn)可以帶動(dòng)周圍流體旋轉(zhuǎn),使得物體一側(cè)的流體速度增加,另一側(cè)流體速度減小。

是不是聽得云里霧里?

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香蕉球軌跡

球在氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí),如果其旋轉(zhuǎn)的方向與氣流同向,則會(huì)在球體的一側(cè)產(chǎn)生低壓,而球體的另一側(cè)則會(huì)產(chǎn)生高壓。運(yùn)動(dòng)員的用力方向朝右,所以足球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。拐點(diǎn)處足球左側(cè)產(chǎn)生低壓,右側(cè)產(chǎn)生高壓,這樣就導(dǎo)致足球存在橫向的壓力差,并形成向左側(cè)的力。

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圖源:NKPhysics

根據(jù)物理公式,距離越遠(yuǎn),速度越慢,球偏離角度也就越大。因此,我們能看到在香蕉球運(yùn)行的末尾時(shí)刻,會(huì)發(fā)生更劇烈的偏轉(zhuǎn),給守門員一個(gè)巨大的“驚嚇”。

我也能踢出和C羅一樣的球嗎?

回到文章開頭提到的C羅“力挽狂瀾”的任意球,這一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念,同時(shí)也混合了“電梯球”,即指大力踢出的足球,下落很快,像是從電梯上下墜,它實(shí)際上是高速飛行的足球受到重力和大雷諾數(shù)阻力下的運(yùn)動(dòng)軌跡。

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圖源: 中國物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng) 皮爾洛的“電梯球”

葛惟昆教授解釋說:“踢出電梯球的一大關(guān)鍵要素,就是球的初始速度要快。”要踢電梯球,球的初始速度應(yīng)該接近150公里/小時(shí),沒錯(cuò),就是一輛車在高速公路上狂飆的速度。

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圖源:科學(xué)世界

研究人員在進(jìn)行場景模擬時(shí)發(fā)現(xiàn),要想讓100公里/小時(shí)以上速度的任意球避開人墻(假定在距離約9米遠(yuǎn)的位置有5名身高1.8米的對(duì)方球員并排)成功射門,球離開地面時(shí)與地面的夾角必須控制在15°~17°之間,也就是僅有2°的精度范圍(在距離球門25米的位置,踢出轉(zhuǎn)速為每秒8轉(zhuǎn)的側(cè)旋弧線的情況)。

如果是足球,以每小時(shí)90千米的速度每秒旋轉(zhuǎn)8轉(zhuǎn),球會(huì)在這個(gè)距離內(nèi)彎曲3米以上。

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圖源見水印

而踢出弧線的關(guān)鍵在于,落腳點(diǎn)在偏離球心的位置,偏離球心的幅度越大,球的轉(zhuǎn)速越快。有研究人員稱,安德烈亞?皮爾洛等優(yōu)秀的任意球球員會(huì)使球的旋轉(zhuǎn)軸傾斜角度大于側(cè)旋,讓馬格努斯力傾斜向下發(fā)揮作用,從而踢出“球速快、大幅彎曲的同時(shí)又急劇下沉的”球路。

資料來源:科學(xué)世界、中國物理學(xué)會(huì)期刊

科技日報(bào)、天津科普說、NKPhysics

整理:董小嫻

責(zé)編:咕嚕

評(píng)論
演繹無限精彩!
大學(xué)士級(jí)
踢出弧線的關(guān)鍵在于,落腳點(diǎn)在偏離球心的位置,偏離球心的幅度越大,球的轉(zhuǎn)速越快。
2022-11-30
湯標(biāo)標(biāo)
貢士級(jí)
踢出電梯球的一大關(guān)鍵要素,就是球的初始速度要快,就是一輛車在高速公路上狂飆的速度。
2022-11-30
中國科普員陳道江
少傅級(jí)
繞過人墻、半路轉(zhuǎn)彎 怎么在世界杯踢出超帥“香蕉球”?
2022-11-30