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
安全是回家最近的路!公安部提示:返乡驾车要集中精力 切勿疲劳驾驶******
2023年春运启动以来,各地交通流量特别是主干公路流量大幅增长,交通安全风险隐患也随之增多。近日,宁夏、云南、福建、安徽、重庆、陕西等地接连发生一次死亡3人以上的道路交通事故。
1月9日7时40分许,一辆SUV在宁夏吴忠红寺堡区南环路,因驾驶人占用对向车道、强行超车,与对向一辆重型半挂车相撞,造成SUV上5人全部死亡。
1月10日21时25分许,一辆皮卡车在云南大理永平县境内一转弯路段,因超速行驶、驾驶人遇情况处置不当,撞击护栏后坠入江畔,造成车上4人全部死亡。
1月11日0时15分许,一辆小轿车在福建三明建宁县境内一转弯路段,因驾驶人夜间行车遇情况处置不当,驶出路外坠入河内,造成小轿车上3人全部死亡。
1月12日23时42分许,一辆重型仓栅式货车沿沪陕高速行驶至安徽六安境内时,因驾驶员遇雾天未降低车速、未与前车保持必要的安全车距,碰撞前方一辆小轿车、一辆重型半挂车及一名在应急车道预警的高速公路养护工作人员,造成4人死亡、4人受伤。
1月13日8时44分许,一辆大客车沿张南高速行驶至重庆彭水境内喇叭口隧道出口处时,因超速行驶、驾驶员操作不当,发生侧翻,造成大客车上3人当场死亡、1人抢救无效死亡,另有17人仍在医院救治、观察。
1月14日5时许,一辆面包车沿十天高速行驶至陕西安康境内时,因驾驶人疲劳驾驶,追尾前方一辆重型半挂车,造成面包车上4人死亡、2人受伤。经查,面包车事发前已长途行驶约30个小时。
当前正值节前返乡高峰,交通流量大。公安部提示广大驾驶人,安全是回家最近的路,驾车出行务必注意交通安全。要提前了解交通路况、天气预报,合理规划出行路线和出行时间,尽可能避开拥堵路段和雾天、雪天等恶劣天气时段,遇恶劣天气一定要注意降低车速、保持好车距。要谨慎评估自身健康状况,若身体出现不适,一定要暂缓驾车出行。驾车时要集中精力,不超速行驶,不分心驾驶,防止接打手机、捡拾物品等影响驾驶安全。遇拥堵缓行路段要依次排队通行,不要加塞抢行,避免因秩序混乱、刮擦增多加剧拥堵。驾乘车辆要全程全员系好安全带,连续驾驶时间不要超过4个小时,每次停车休息时间不少于20分钟,行车途中感到疲乏困倦要及时停车休息。
春节期间亲朋好友聚会,要时刻谨记“开车不喝酒、喝酒不开车”,切勿酒后驾驶。大客车、大货车等营运车辆驾驶员及运输企业不能只顾效益、忽视安全,不得超速、超载、超员、疲劳驾驶,严防造成群死群伤事故。
(央视新闻客户端 总台记者 李珺)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)