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
【科普中国繁星追梦】科技工作者的价值,王淦昌用一生践行******
1
王遵明是王淦昌的小女儿
在她看来
父亲王淦昌除了比较忙
与别人的父亲并没有什么不同
父亲出差开会时
就会寄回几张明信片
文字很简单——
都是“你们注意身体、好好学习”
“记得帮妈妈做家务”这样的嘱咐
2
解放后 因国家需要
王淦昌投身两弹研制工作
父亲在家绝不提自己的工作
经常全身是灰 风尘仆仆地回家
穿着破旧衣裳
就像工人一样
第一颗原子弹爆炸试验成功时
他突然提出想出去逛逛
一家人去了趟香山
看看风景和当时的眼镜湖
那时的王淦昌才难得的放松下来
3
“两弹”研制成功后
王淦昌仍继续在科研领域不断探索
作为最早在我国介绍核电站的科学家之一
王淦昌以极大的热忱推动我国核电的建设
为我国核电事业迈出艰难的第一步作出了巨大贡献
为了消除大家对核电的恐惧心理
72岁的王淦昌以一个科学家的远见卓识
主动去中南海讲课
组织展览,发表文章,宣传发展核电的必要性
王淦昌说
“我们能自行设计、制造原子弹,
为什么就不能自行设计、建造核电站?
现代化是不能从国外买来的。”
4
1978年 71岁的他调回北京
任核工业部副部长兼原子能研究所所长
可4年后 他就辞去了职务
只在所里领导一个小组
继续从事激光核聚变研究
理由是:要做科学家 不做科学官
别人可以担任的工作
我何必一直担任下去呢
但是有一项工作我是不会辞掉的
就是科研
谈起科技工作者的价值
王淦昌说,
就是要为国家作出贡献
国家需要什么就做什么
而且必须做出来!
这是他用一生践行的价值观
谨以此片纪念王淦昌院士诞辰115周年
出品人
杨 谷
总监制
宋乐永 侯林
总策划
战钊 宋雅娟
本期编导
金赫
制作
光明网科普事业部
特别鸣谢
中国核学会
联合出品
中国科协科普部 中国科学技术馆 光明网
(文图:赵筱尘 巫邓炎)