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
光明文化周末:梧林密码******
【诗意中国】
作者:许谋清
到五店市,让人想起故乡。
到梧林,想到的却是他乡。
五店市——出砖入石的红砖厝。
梧林——罗马式哥特式的小洋楼。
到五店市想起过去。我们祖辈从哪里来?
到梧林想起南洋。我们的亲人又到哪里去?
这也许就是为什么晋江有了一个五店市传统街区,还要有一个梧林古村落。
一样的是,它们都坐落在故乡的土地上,红土地。这土地,没盖房时寸草不长,叫赤土埔。房子盖起来了,便留下了红色的村道,赤土路。
梧林社区现在也只有1800多人,在晋江,不算大。一百年前,应该更小。梧林人早年就下南洋,19世纪末起,海外游子纷纷回乡盖房,新盖的传统红砖厝和村子里原来的房子汇合在一起,新盖的小楼则改变了村子的面貌,让外村人侧目。
小楼第一批建于19世纪末到抗日战争前夕,第二批建于20世纪五六十年代,成为沿海侨乡的一道亮丽风景。他们用这样的方式把外边世界的讯息带给故乡。这些洋楼,有的外墙斑驳,那是因为他们把准备装修的资金捐助给祖国的抗日战争,那是他们的拳拳之心。
这些楼房又分成两种,用本地红砖建的,女墙上常有民间工艺装饰,有双凤比翼、孔雀双飞及各种花鸟,这种中西合璧的称为番仔楼。还有一种楼,材料是水泥钢筋——当时水泥叫红毛灰,都得从海外运回来。楼房的样式也不一样,比如哥特式罗马式,这一类称洋楼。
番仔楼大部分用主人的名字命名。还有“容膝居”,“容膝”取自陶渊明的《归去来兮辞》。有“梦菜家声楼”,取自传说。上世纪五六十年代建的则用了当时的新名词,也留下那个时代的印记,如“胸怀祖国楼”“放眼世界楼”“东风万里楼”。番仔楼12栋,洋楼11栋,合23栋。在这片古老的土地上,若再加点霞光云气,你不觉得它是一片海市蜃楼?
梧林古村落不同于五店市,它没有围墙,仍然和原来的梧林村贴在一起。当年,23栋番仔楼、洋楼,打开了23扇窗户,让人脚踏故土,望向世界。
遥想一百多年前,当几栋小洋楼出现在原来只有平层的红砖厝的村子里时,村民只当它们是西洋景吗?不,它们实实在在地从他们脚下的赤土埔上拔地而起,就立在他们面前。它们是真实的,看得见,摸得着,生根钉地,搬不走。从那个时候开始,梧林人有了诗和远方。
德鑨老先生1924年回乡建了一栋红砖厝,1936年又回乡建了一栋洋楼,现称“五层厝”。不可思议的是,百年古大厝墙砖上的花纹和“福”字依然清晰、红艳、有棱有角。这片宅地里,有两棵引人注目的老榕树。其中一棵乍一看,树头在楼上,紧紧地拥抱着,也可以说是包住梁柱,根须下垂,扎入地里,上边枝干张扬,撑起庞大的墨绿色树冠。另一棵空间受限,四面是墙壁,满地树根,这是令人过目难忘的梧林一景。我注目那些交错虬曲的树根,它们仿佛编织成一个迷宫,能感觉到它们的努力和挣扎。它们是故乡的老榕树,生长在最贫瘠的赤土埔上。它们的枝干上还飘着一束束柔软的根须,那些根须一旦到达地面,就会紧紧抓住,让自己变成新的树干,但依然和老树连接在一起。世界上,只有这种树可以独木成林。这也是梧林人的性格。
我们的土地不是故步自封而是兼收并蓄,这些西式小洋楼已经在这片土地上转化成故乡的一种元素,给古老的乡村抹上一笔海洋文化色彩。这是一种开放的色彩、生命的色彩,更是一种先行者的姿态。
余光中写李白:“凡你醉处,你说过,皆非他乡。”
不管到哪里,都能落地生根,成就事业。不管到哪里,都惦念家乡。
远行博大了胸怀,用他乡丰富了故乡。
梧林的23栋番仔楼、洋楼是一组密码。我们走进梧林,用这些密码,探寻那一部部仍然保持温度、蕴藏着海上丝路文化的创业史。
《光明日报》( 2023年01月06日 15版)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)