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世界杯来了!什么是香蕉球?什么是电梯球?别再傻傻分不清楚

教科版科学 教科版科学 2020-08-27

2018俄罗斯世界杯的大幕即将缓缓拉开,想必各位球迷已经是热血沸腾。

一个个精彩的进球,是让人兴奋不已。而其中看似反物理规律的“香蕉球”,更是让人难以忘怀。

最赏心悦目在我眼中就是那种中远距离射门。

如果想单凭一己之力扭转乾坤,取得胜利,只有一种方式——任意球得分。在足球场上,能够靠任意球直接破门的球员,相当于古代小说中行走江湖的刺

客,能够杀人于无形。而江湖中的屠龙刀和倚天剑,那必须是—— 电梯球和香蕉球

今天首先我们来讲讲著名的老生常谈

“香蕉球”

在我心中最诡异神奇的一球。

卡洛斯神奇弧线

雷科巴

贝氏弧线

1997年6月3日法国四强赛,法国与巴西一战,巴西球员罗伯特卡洛斯在比赛的最后阶段抽进了那粒不可思议的进球:在距门三十五米开外,卡洛斯将球抽向右侧,门将根本没有移动,但皮球飞到一半却剧烈地向左边转弯,最终坠入门内,只留下惊愕的门将。这一看似违背物理定律的任意球也吸引了物理学家参与到对足球运动轨迹的分析中来。

这一现象的重要原因,源于著名的物理现象——马格努斯效应。

当一个旋转物体的旋转角速度矢量与飞行速度矢量不重合时,在与旋转角速度矢量和移动速度矢量平面垂直的方向将产生一个横向力。而在这个横向力的作用下物体的飞行轨迹发生偏转的现象就称作马格努斯效应。

从物理的角度分析,旋转物体之所以能在横向产生力的作用,是由于物体的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,另一侧的流体速度减小。而根据伯努利定律,我们可以得到:


即:流速增加会导致压强的减小,而流速减小则会导致压强的增大,这也就导致了旋转物体在横向的压力差,形成横向力。同时也因为横向力与物体的运动方向垂直,这个力主要改变飞行的速度方向,进而导致了物体飞行方向的改变。


图中演示的是马格努斯效应在一个向右飞行的球上的作用。以球心为参考系,“v”代表风速,方向“F”为对压力较低的一边的力。

通过上述的分析,我们可以知道,那看似反常的任意球,其实可以通过物理规律进行解释。

在香蕉球的运动过程中,会产生如下图所示的受力情况(以右脚运动员为例)。


因此,正如上述动图演示的那样,足球在踢出之后才会产生看似反物理规律的诡异弧线。

第二、电梯球




贝尔电梯球

电梯球跟香蕉球截然不同,它需要运动员使用脚背内侧踢出旋转极小但到球门前突然变线下坠的“S型”球,有人形象地比喻为“先将电梯迅速升到6楼,再急速降到1层”。除此以外,电梯球还有一个特点就是,在飞行的过程中,会有一定的飘忽感,让守门员不好防守。排球中的“飘球”也是同样原理,高水平运动员可以让排球过网后出现周期性的摆动或者突然下坠。

首先,电梯球为什么会突然下落?

我们以上文贝尔进球为例,主罚任意球的初始球速达到了97公里/小时,按照下图所示的实验室测量结果,此时的阻力非常小,所以球会随着初始作用方向迅速上升前进,在皮球飞行过程中逐步减速,当达到某一个临界值时(科学上用临界雷诺数表示),空气阻力将迅速成倍增加,球瞬间失速,形成下坠球。按照下图的风洞实验结果可以看到,在皮球大概降速为50公里/小时时阻力就将成倍增加,形成下坠球。所以,踢电梯球需要距离球门一定的距离,才能发挥威力,否则皮球还没来得及失速下降,就超过球门的位置了。


其次,电梯球为什么会飘忽不定?

电梯球的关键在于球身旋转速度很小,球员踢球使出的全部力量几乎都转变为了前行方向的动能,皮球在刚踢出的瞬间就获得了极高的速度。由于现代足球设计越来越轻质,同时为了防止皮球过“圆”,还特别增加了缝深和摩擦,使得皮球在高速前行过程中,很容易由于表面粗糙度不同,导致产生局部气压差,最终让皮球出现小范围的飘忽晃动,忽上忽下,忽左忽右,难以判断。

光滑球体的流线轨迹及粗糙球体的流线轨迹

实验表明,在高速飞行时,“粗糙”的球体要比“纯圆”的球体阻力更小,飞得更快更远;另外,从图上可以看出,“粗糙”本身也容易造成不平衡的“飘忽晃动”。

所以,根据上述原理,想要利用电梯球破门,至少要具备三个要素:

球几乎不旋转

初始球速非常高

距离球门比较合适的距离

电梯球触球部位及触球方式较为特殊,需要利用脚背偏内侧接触皮球,接触面积越大越好。踢球时小腿快速发力,用脚背猛抽球身中下端,让球几乎无旋转飞出。由于球速很快,一旦球被踢高就无法实现快速坠落,因此踢球时必须要控制好发力部位,努力压低球的线路才能获得好的效果。

专业的球员在射门时平均球速一般在87千米/小时到96千米/小时,少数球员能够踢出超过100千米/小时的球速,球速快的球员在场上的有效射程也更远,可以像成名剑客一样于万军之中取对方上将首级。




转自:爱咖邦

图片来自网络



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