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
重庆新开建一大型公立综合医院 将服务西南地区******
中新网重庆1月11日电 (记者 刘贤)华中科技大学同济医学院附属协和医院重庆医院国家区域医疗中心建设项目暨两江新区社会民生项目集中开工活动10日在当地举行,19个社会民生项目总投资约106亿元。
其中,华中科技大学同济医学院附属协和医院重庆医院,由重庆市人民政府与华中科技大学同济医学院附属协和医院共同建设。
图为签约现场。 陈超 摄该医院总投资45亿元,占地面积210亩,总建筑规模38万平方米。一期项目建成后将提供1500张床位,全面引进华中科技大学同济医学院附属协和医院优势学科及管理团队,立足重庆、服务西南,打造“公益性、创新性、引领性”的大型三级甲等公立综合医院,创建国家区域医疗中心样板工程。
此次集中开工建设的还有备受民众关注的学校、养老机构、健身中心、公园等项目。如两江全民健身中心项目是拥有游泳池、羽毛球场、网球场、乒乓球场等体育设施及相关商业配套的大型专业运动场馆,总建筑面积约4万平方米,毗邻重庆理工大学龙兴校区。
两江新区市民中心则规划了档案馆、图书馆、文化馆老年大学、科研基地及职工综合服务中心等功能。
多功城遗址公园占地约28亩,将保留现有台阶古树,对城墙、城门、古驿道进行修复、归安、加固、展示,全方位展示多功城城址结构和布局。
泰康之家·渝园二期是持续照护模式康养项目,可提供114个康复医院床位及231个护理床位,计划于2024年8月完工。泰康之家·渝园共分四期开发建设,总计可提供1600余户养老单元。
还有9个教育类项目同期开工,包括两江新村实验学校、十方界中学(川外附中两江中学)、金海学校、两江森林阳光小学、鹿山小学、健康城小学、金渝学校二期、重庆巴蜀常春藤学校二期宿舍、博雅小学湖霞校区等。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |