世界杯“黄油手”惹争议：风洞测试告诉你，是足球的问题吗？

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尽管昨晚的葡萄牙与乌拉圭的比赛中，C罗未能进球，葡萄牙也与2018世界杯冠军绝缘，但2018世界杯开赛以来，说起最精彩的几场，西班牙与葡萄牙的首战交锋绝对能位列前茅。这场扣人心弦的比赛三度反转，最终葡萄牙队主力C罗（Cristiano Ronaldo）在阵容劣势的情况下独进三球，上演帽子戏法，力挽狂澜扳平赛局。这晚，C罗一战封神。

克里斯蒂亚诺•罗纳尔多

C罗当晚的三粒进球，有两粒点球，一粒远射。在C罗远程射门时，足球从西班牙门将德赫亚（David de Gea）的手中脱出，昔日的曼联门神惊现“黄油手”的低级失误，黯然沦为C罗的背景板。在叹服C罗的进攻质量之余，也有声音质疑足球本身，认为足球的空气动力学设计可能存在不妥之处。 

德赫亚“黄油手”错失一球

阿迪达斯（Adidas）官方很早就宣布，2018世界杯的指定用球——“电视之星18（Telstar18）”将更加利于门将的防守。然而讽刺的是，该球自去年11月亮相以来就不断受到门将的非议。西班牙门将德赫亚今年3月更是公开抱怨：“它真的很奇怪，我觉得世界杯用球本可以做得更好。”那么，足球究竟有没有问题呢？

而就目前的比赛情况来看，“电视之星18”已经打出了不少漂亮的弧线球，不止C罗，像俄罗斯新星戈洛文、塞尔维亚老将科拉罗夫等人也都有相当出色的弧线球发挥。弧线球能够大放异彩，貌似确乎暗示了足球本身的一些特性。

指定用球一直是世界杯上倍受重视的问题之一。性能不好的足球是无法膺负世界杯指定用球的重任的。因此反过来，球员各自对指定用球的适应也犹为重要。2010年南非世界杯的指定用球——“普天同庆（Jabulani）”就因为其空中轨迹的不稳定性为人诟病。此后，阿迪达斯吸取教训，在下一届巴西世界杯上推出的足球“桑巴荣耀（Brazuca）”则重新赢回了正面评价。

世界杯历届指定用球

2018俄罗斯世界杯的指定用球是“电视之星18”，旨在致敬1970年墨西哥世界杯的指定用球电视之星(Telstar) ，后者由32块黑白交替的五边形、六边形缝合而成，并在黑白电视机的时代脱颖而出，成为足球的经典造型流传于世。该设计一直沿用至1998年，随后世界杯有了第一个三色足球。到了2006年，随着工艺的革新，足球的表皮数从32降低到了14，而南非世界杯上“普天同庆”的表皮数进一步降低到了8块。至于“桑巴荣耀”和“电视之星18”，它们则仅由6块表皮缝合而成。

工艺水准的进步允许设计师们以更少的表皮数缝制足球。那么这种工艺改变是否会影响到足球的空气动力学性能呢？林奇堡大学（the University of Lynchburg in Virginia）的物理学家约翰•埃里克•戈夫（John Eric Goff）和筑波大学的洪成勋和武石浅井一同对“电视之星18”做了风洞试验，评估其各项空气动力学指标。

戈夫解释说：“表皮数的减少会导致缝合接口的减少，缝合少则足球就光滑，这会显著影响其空气动力学性能。“

当球员将足球高速射出，在一开始会形成一个空气薄层包裹住足球。流过足球表面的空气，将会在足球后面产生湍急的漩涡。随后，在风阻的作用下，球速减慢。足球周围的气流状态也随即发生改变。足球周围的气流将会变成平滑的层流，不再有包裹足球的气流层。这时气流将从足球周边分开流过，产生更显著的尾流效应。这个尾流效应将会对足球产生更大的拖拽力，使得球速突然下降。

足球飞行中的空气动力学

这种球速的突然变化成为了门将们的考验，因为它常常导致足球在空中的运动轨迹发生突变，从而使守门员预判出错。如果我们将这个球速发生突变的速度节点称为突变速度，根据相关研究，“普天同庆”的突变速度大概是每小时54英里，而这正是角球和任意球的球速范围。这就不难解释为何南非世界杯会出现那么多轨迹诡异的射门了。

相比“普天同庆”,“桑巴荣耀”的表皮数更少，只有6块表皮。但是“桑巴荣耀”的表皮形状更加独特，这导致其缝合接口的长度反而比“普天同庆”长68%，并且“桑巴荣耀”表面有一些凸起的粗糙颗粒，诸多因素合在一起，使得足球表面的粗糙程度增加。这让“桑巴荣耀”的突变速度保持在每小时38英里。而大多数情况下，足球的飞行速度不会低于这个数值，因而巴西世界杯较少出现足球在飞行中突然减速的情况。

“电视之星18”也只由6块表皮缝制而成，不过由于接缝形状的不同，这导致其缝合接口的长度比“桑巴荣耀”还要长30%。为了应对多出来的这一部分粗糙度，设计师们采取了特殊的工艺处理，他们让接缝方式变得更浅，达到了降低足球表面粗糙度的目的。

“电视之星18”与大力神杯

对“电视之星18” 的风洞试验显示出，“电视之星18”的空气动力学性能大体上与“桑巴荣耀”接近。它们都更易于踢出轨迹规则漂亮的球，而难以踢出轨迹怪异的“电梯球（射门时，足球飞行至球门附近突然急速下堕）”，这也是阿迪达斯官方为何宣称“电视之星18”利于门将防守的原因。但两者最显著的不同在于，“电视之星18”的远传飞行距离要比“桑巴荣耀”更短，大约只有后者的90%。

当然，也有人指出了本次风洞测验的不足：风洞测验中的足球是静止的，而足球的弹性等属性无法表征。在实际的踢球过程中，足球会发生形变，球员可以通过一些技巧给足球施加更大的扭矩，使其轨迹改变。这都是风洞测验中的静止足球不足以分析的。因此，一些补充性的实验正在策划中。不过戈夫也表示，本次的风洞测验对足球的空气动力学特性已经有了一个基本充分的描述，足球的表现情况应该能够得到保证。这样的足球用在世界杯上，应该不会出太大的问题的。不过，抱怨总是会有的，赛事结果又怎么可能让所有的人都满意呢？

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