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
(文图:赵筱尘 巫邓炎)