繞過人牆的香蕉球,猜猜踢球的球員是誰?
小編還記得上學時在操場上瘋狂練任意球的日子,那時國際足壇任意球高手如雲,小儒尼尼奧、小羅、貝克漢姆、皮爾洛等等大師成了不少人心中的偶像,每次自己胡亂踢出一記電梯球弧線球都會學着他們在操場奔跑慶祝。如今天氣慢慢變冷,下班以後約球練球的人也慢慢變少了,不過沒關系,想練練弧線球但又怕冷的朋友們,或許可以先來看看踢香蕉球的原理......
曾經的米蘭,也有過“甜蜜的煩惱”
足球賽場上的香蕉球現象,并非足球獨有,實際上,看完本文您會發現,香蕉球的原理跟很多現象都是相通的,比如轉子船。
圖為轉子船
船上那4個高大的圓柱子有何用?是煙囪嗎?當然不是。它們又跟足球中的香蕉球有什麼關系?不急,咱們慢慢道來。
同樣是球,乒乓球中其實也有香蕉球現象,這就是旋球。
綠蔭場上,香蕉球難以踢出來,但乒乓球很多人是打過的,旋球也是玩過的,玩到極緻,甚至能讓對方因為錯誤判斷球的走向而摔一跤。
在物理學上,香蕉球是一種“馬格努斯效應”,而要理解這種效應,最簡單粗暴的辦法是使用另一種原理,即伯努利定理。
兩個氣球擺在你面前,你沒有珍惜,而是使勁一吹,按理,氣球應該被吹開才是,但是……
兩個氣球卻緊緊靠在了一起,這是因為從兩個氣球之間吹氣,中間氣流速度加快,而伯努利定理說的是,流體的流速越快,壓力就越小。
當兩個氣球間的氣壓變小了,周圍的正常大氣壓就把它倆壓在一起了。
那麼,香蕉球現象又跟伯努利定理有什麼關系呢?原因是,要想踢出香蕉球,前提是得讓足球旋轉起來。原因如下圖:
上面動圖中,足球在旋轉時,球的上方,球面的運動方向與氣流方向相反,由于球面的摩擦作用,上方的氣流速度減慢了,這會導緻上方氣壓大。
而球的下方,球面運動方向與氣流相同,由于球面的帶動作用,氣流速度增加,導緻下方氣壓小。
再來看一個氣流方向相反的例子。
如上圖,我們不難分析出:下方氣壓大,上方氣壓小,那麼壓力就會推動球往上走。
足球、網球和乒乓球等,隻要其旋轉速度夠快,就會出現綠蔭場上的“香蕉球”現象。
動圖取自Veritasium的視頻
從上面的分析,我們很容易得出這樣的結論:如果你想讓足球直線前進一段距離後,突然往左飛從而打進球門,那麼在踢球時,應該從足球的右下發力,隻有這樣,足球才能左旋,也就是逆時針旋轉。
簡而言之,左旋,足球往左飛,右旋,足球往右飛。
轉子船,圖片來自Dragos Baltateanu
本文開頭,我們提到了轉子船,其是利用“馬格努斯效應”為自己提供部分動力,而原因如下:
帆船最适合在順風的情況下行駛,而轉子船最适合側風的情況。如上面的動圖,為便于描述,我們以圖片所示方向為準。大風從上往下吹,而船上的轉子為逆時針旋轉,這導緻轉子前後出現氣壓差,轉子後方的氣壓大于前方氣壓,壓力作用在轉子上,推動船前進。
這裡,有網友會問,如上圖,如果風是從下往上吹,那船豈不是會倒退?不會,因為我們可以很容易地将轉子從逆時針轉,變成順時針轉。
綜上,香蕉球現象是一種馬格努斯效應,而為了簡單理解這種效應,我們又引入了伯努利定理。不過,我們需要注意的是,馬格努斯效應還有更深層的解釋,但它涉及到湍流、尾流以及邊界層等流體力學術語。看球本是一件輕松的事,咱們就不往更深處探索了。
猜猜踢出這球的是誰?
你最喜歡哪支球隊呢?你最喜歡的任意球大師又是誰呢,歡迎在評論區給我們留言!
最後,祝大家看球愉快!
出品:科普中國
制作:寒木釣萌
監制:中國科學院計算機網絡信息中心
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