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
“女蛙王”的新愿望******
新华社石家庄1月10日电(记者杨帆)早上五点半,丁继萍就在泳池边了。
打开计时器,戴上老花镜,摊开训练日志本,逐个布置队员的训练内容。随着一声响亮的“预备、走”,队员们先后跃入池中,开始7000米距离的水上训练。
1月7日,丁继萍早起在泳池开始工作。
场边一举一动都带着劲头的丁继萍,今年62岁。年轻时她做过游泳运动员,8年职业生涯中屡获佳绩,被誉为“河北蛙王”。退役后,丁继萍来到教练员岗位上,为国家培养输送了大批优秀运动员。
“女蛙王”走上游泳道路很偶然。14岁时,一次丁继萍在省游泳馆玩耍被业余游泳培训班的教练相中,才开始系统参与游泳训练。起步晚,意味着需要付出更多努力,经年累月也培养了她能吃苦、能突破的劲头。
1980年9月,丁继萍在上海参加全国游泳锦标赛。
2016年,河北省体育局大胆试水改革,河北省体育局游泳跳水运动中心联合衡水泰华锦业房地产有限公司共同创建河北泰华锦业游泳队,同年成立了基地设在衡水市市郊的河北泰华锦业游泳俱乐部(以下称泰华俱乐部),以期在泳池内实现突破。
1月7日,泰华俱乐部游泳馆内景。
正是那一年,已到退休年纪的丁继萍,开启了人生的另一个偶然,她决定随河北省游泳队来到俱乐部,一把年纪成了开拓者。丁继萍说:“我们一家人常年两地分居,都盼着我退休回家休息。但我觉得还能干,能在教练岗位上有更高突破。”
河北省体育局游跳中心负责人介绍,丁继萍作为优秀专业教练,带过各年龄段的孩子,技术扎实、经验丰富,最终确定她作为俱乐部二线队主教练。
记者采访了解到,泰华俱乐部二线队队员年龄集中在9-12岁,这个阶段青少年身心发育尚不充分,不仅需要教练员在场上科学指导,还需要场下悉心照顾。
丁继萍说:“孩子们常年跟着我,比跟父母的时间还长,我们建了个微信群叫‘丁奶奶的大家庭’,每天督促他们学习生活,他们有什么小秘密也会和我说。”
1月8日,丁继萍在泳池边辅导队员。
18岁的队员周存鑫跟着丁继萍训练已有一年时间,在此期间达到了国家一级运动员水平。但刚来队里时,周存鑫曾因完不成训练任务而懈怠退缩。
“丁教练发现后单独找我谈话,拿她当年训练的故事激励我,告诉我‘咬牙坚持是运动员的一个宝贵品质’。”那次谈话后,周存鑫努力训练,成绩突飞猛进。
正是在丁继萍等一批老中青教练携手努力之下,俱乐部迎来突破:队员李冰洁、张一璠在东京奥运会女子4×200米自由泳接力项目上夺冠并打破世界纪录;第15届短池游泳世锦赛上,李冰洁在女子800米、400米自由泳项目夺金。
2021年7月29日,东京奥运会游泳项目女子4×200米自由泳接力决赛,中国队打破世界纪录并夺冠,中国队选手杨浚瑄、汤慕涵、张雨霏、李冰洁(从左到右)在颁奖仪式后合影。新华社记者夏一方摄。
泰华俱乐部总经理康靖介绍:“竞赛层面之外,近几年俱乐部深入贯彻体教融合政策,引入衡水当地优质文化教育资源,孩子们的学习教育得到有力保障。丁继萍的多名队员以成绩优异考入大学,她获得了广大家长的肯定。”
随着寒假和春节即将到来,最近有很多省区市游泳队前来泰华俱乐部训练,丁继萍说自己“已经顾不上惦记过春节了”。“新年有个新愿望——能精力充沛工作。现在孩子们成长进步的路子更宽,我想培养更多苗子,帮他们在泳池内外有所成就。”她说。
图片:除标注外均为受访单位提供
(文图:赵筱尘 巫邓炎)