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
老吾老及人之老 航班有终点服务无止境******
近日,由贵州兴义前往北京大兴的航班上,两名70多岁的老年旅客引起了中国联合航空乘务员陶欣宇的关注,她全程热情服务、积极沟通,在交谈中得知两位老人初次乘机,第一次出远门的他们,下机后还需要前往北京西站,通过现场购票转乘火车前往衡水。由于没有智能手机、也没有家人陪伴,两位老人正在为下机后不知何去何从而感到无助。
陶欣宇看在眼里,急在心头,她暖心地向两位老人说:“您二老放心,下机后别着急,我送你们!”完成航班任务后,回到公司的陶欣宇立刻驾车返回候机楼,将两位老人接到附近酒店休息,并第一时间同老人家属取得联系说明了情况,安顿好老人后,陶欣宇又想尽办法为老人抢到了两张次日北京到衡水的火车票才放下心来,当晚到家中已是凌晨两点钟。
第二天一早,她带着热气腾腾的早餐到酒店接上两位老人前往北京西站,并把提前准备好的两双手套送给老人抵御风寒。到达北京西站后,她找到相关工作人员说明老人情况,请其给予协助,为老人消除了最后的顾虑。四小时后,她接到了老人平安到家的电话,电话里传来了家人连连感谢。
陶欣宇凭借高度的工作责任感,主动发现航班中需要照顾的老年旅客,帮助旅客解决所虑所想,将空中的服务延伸到地面,让旅客切实感受到中国联合航空真挚的服务,用真情真意换来旅客家属的高度认可和肯定,充分展现了“航班有终点,服务无止境”的服务理念。
陶欣宇说:“春运是一场向着团圆的抵达,希望我们都能用带有温度的服务,护送每一位旅客安全回家!”
(文图:赵筱尘 巫邓炎)