繞過(guò)人墻、半路轉(zhuǎn)彎 怎么在世界杯踢出超帥“香蕉球”？

又到了四年一度的世界杯

不知道大家是否還記得

2018屆世界杯中

葡萄牙和西班牙相遇的小組賽

C羅在最后時(shí)刻力挽狂瀾

踢出被解說(shuō)員嘆為

“翩若驚鴻，宛若蛟龍”的

“C型”任意球，扳平比分

被踢出的球?yàn)槭裁磿?huì)迅速升降？

又為什么會(huì)“拐彎”呢？

首先我們來(lái)了解一下任意球

任意球是啥？

任意球是罰球的一種。它是一種在足球（或手球）比賽中發(fā)生犯規(guī)后重新開(kāi)始比賽的方法。

任意球分兩種：直接任意球，踢球隊(duì)員可將球直接射入犯規(guī)隊(duì)球門得分；間接任意球，踢球隊(duì)員不得直接射門得分，球在進(jìn)入球門前必須被其他隊(duì)員踢或觸及。判罰前場(chǎng)任意球后會(huì)使用一種泡沫噴劑劃定球的擺放位置，以及人墻的站位，發(fā)任意球時(shí)需要用手觸球，然后在裁判哨響后踢球。

香蕉球？能吃嗎？

事實(shí)上，C羅踢出的這種任意球在足球比賽中并不少見(jiàn)。

在1997年，在巴西對(duì)法國(guó)的一場(chǎng)足球比賽中，巴西足球運(yùn)動(dòng)員Roberto Carlos，在沒(méi)有通向球門的直接路線的情況下，從35米外開(kāi)出一個(gè)任意球。他的射門使球飛過(guò)球員，并在快要出界的時(shí)候急轉(zhuǎn)向左，砸入球門。

圖源：網(wǎng)絡(luò) 香蕉球圖解

球的突然拐彎讓在場(chǎng)球員，特別是法國(guó)守門員根本來(lái)不及反應(yīng)。這個(gè)史上最漂亮，最具標(biāo)志性和最違反物理學(xué)定律的任意球，被叫作“香蕉球”。法國(guó)物理學(xué)家對(duì)此研究了數(shù)年，終于用“馬格努斯效應(yīng)”解釋了這個(gè)問(wèn)題。

馬格努斯效應(yīng)

圖源網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時(shí)，在與旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動(dòng)速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產(chǎn)生一個(gè)橫向力。在這個(gè)橫向力的作用下物體飛行軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這是流體力學(xué)中的一種現(xiàn)象。

圖源：陜西師范大學(xué)物信院 馬格努斯效應(yīng)示意圖

旋轉(zhuǎn)物體之所以能在橫向產(chǎn)生力的作用，是由于物體旋轉(zhuǎn)可以帶動(dòng)周圍流體旋轉(zhuǎn)，使得物體一側(cè)的流體速度增加，另一側(cè)流體速度減小。

是不是聽(tīng)得云里霧里？

香蕉球軌跡

球在氣流中運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果其旋轉(zhuǎn)的方向與氣流同向，則會(huì)在球體的一側(cè)產(chǎn)生低壓，而球體的另一側(cè)則會(huì)產(chǎn)生高壓。運(yùn)動(dòng)員的用力方向朝右，所以足球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。拐點(diǎn)處足球左側(cè)產(chǎn)生低壓，右側(cè)產(chǎn)生高壓，這樣就導(dǎo)致足球存在橫向的壓力差，并形成向左側(cè)的力。

圖源：NKPhysics

根據(jù)物理公式，距離越遠(yuǎn)，速度越慢，球偏離角度也就越大。因此，我們能看到在香蕉球運(yùn)行的末尾時(shí)刻，會(huì)發(fā)生更劇烈的偏轉(zhuǎn)，給守門員一個(gè)巨大的“驚嚇”。

我也能踢出和C羅一樣的球嗎？

回到文章開(kāi)頭提到的C羅“力挽狂瀾”的任意球，這一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念，同時(shí)也混合了“電梯球”，即指大力踢出的足球，下落很快，像是從電梯上下墜，它實(shí)際上是高速飛行的足球受到重力和大雷諾數(shù)阻力下的運(yùn)動(dòng)軌跡。

圖源： 中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊網(wǎng) 皮爾洛的“電梯球”

葛惟昆教授解釋說(shuō)：“踢出電梯球的一大關(guān)鍵要素，就是球的初始速度要快。”要踢電梯球，球的初始速度應(yīng)該接近150公里/小時(shí)，沒(méi)錯(cuò)，就是一輛車在高速公路上狂飆的速度。

圖源：科學(xué)世界

研究人員在進(jìn)行場(chǎng)景模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，要想讓100公里/小時(shí)以上速度的任意球避開(kāi)人墻（假定在距離約9米遠(yuǎn)的位置有5名身高1.8米的對(duì)方球員并排）成功射門，球離開(kāi)地面時(shí)與地面的夾角必須控制在15°～17°之間，也就是僅有2°的精度范圍（在距離球門25米的位置，踢出轉(zhuǎn)速為每秒8轉(zhuǎn)的側(cè)旋弧線的情況）。

如果是足球，以每小時(shí)90千米的速度每秒旋轉(zhuǎn)8轉(zhuǎn)，球會(huì)在這個(gè)距離內(nèi)彎曲3米以上。

圖源見(jiàn)水印

而踢出弧線的關(guān)鍵在于，落腳點(diǎn)在偏離球心的位置，偏離球心的幅度越大，球的轉(zhuǎn)速越快。有研究人員稱，安德烈亞?皮爾洛等優(yōu)秀的任意球球員會(huì)使球的旋轉(zhuǎn)軸傾斜角度大于側(cè)旋，讓馬格努斯力傾斜向下發(fā)揮作用，從而踢出“球速快、大幅彎曲的同時(shí)又急劇下沉的”球路。

資料來(lái)源：科學(xué)世界、中國(guó)物理學(xué)會(huì)期刊

科技日?qǐng)?bào)、天津科普說(shuō)、NKPhysics

整理：董小嫻

責(zé)編：咕嚕