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【世界杯极简科学课】

世界波与马格努斯效应

来源:中央纪委国家监委网站 发布时间:2018-07-03 14:30

  编者按:世界杯是足球盛宴,也可以是一堂堂妙趣横生的科学课!在一同看过这么多精彩赛事后,中央纪委国家监委网站今起推出“世界杯极简科学课”,从科学的视角,转动足球的黑白魔方,邀你一同走进美丽的科学世界。

  今天的第一课,我们请来北京体育大学专门研究运动生物力学的专家李翰君副教授,一起来分析分析世界杯上的“力学弧线”。

  进入淘汰赛的世界杯越发残酷,幸亏还有那些留给我们的精彩进球:法国队攻入阿根廷队球门的世界波,巴西队内马尔一射一传送走墨西哥人……特别是已经告别世界杯的C罗堪称教科书式的任意球征服了全世界球迷。这些世界波蕴含着什么科学道理?

 

  近日,一段关于C罗任意球破门科学原理的短视频引起网民热议。在小组赛对战西班牙队的比赛中,C罗上演帽子戏法,尤其是87分钟,面对门将和人墙的双重防御,他踢出了一粒经典任意球——香蕉球(小编注释:所谓香蕉球,就是指球在空中飞行时的轨迹,是一道类似香蕉形状的弧线)。那么这样的香蕉球究竟是怎么踢出来的呢?在李翰君副教授看来,秘诀就在于马格努斯效应。

  运动员一脚将球向右送上空中,同时使球自行旋转。球的飞行方向与相对于球的气流方向相反,气流从足球两边流过,减慢了它的速度。

  在球的右侧,气流与球旋转方向相反,气流速度变小,增强了压力;而在球的左侧,气流与球的旋转方向相同,气流速度变大,减小了压力。这压力差使球往左侧旋转。假如球没有自转,球就会沿着运动员用力的方向直线飞出。

  这一现象就被称作“马格努斯效应”,以发现者马格努斯命名,流体力学当中的现象,是一个在流体中转动的物体受到的力。同样的物理原理造就了另一种看似不可能的进球——角球。

  为了让大家更加直观的明白这个道理,我们不妨一起做个试验。拿一张小纸条,用手指压在下嘴唇上,平稳吹气,下垂的纸条就会飘起来。

  由于我们吹起,上面气流速度越快,减小了纸条上方压力,而下面的压力并没有变化。在压力差的作用下,纸条就飘了起来。气流速度越快,压力越小,纸条飘起来的越高。

  “力,形之所以奋也”,中国古代哲学著作《墨经》里这句名言,说的就是“动力是使物体运动的原因”。在现实比赛中我们应该如何“用力”让球旋转呢?如果是在球门右侧发角球,可用右脚背内侧削踢。脚背内侧部位击球的后中部,摆腿的方向不通过球心,沿着弧线前摆,在击球瞬间,踝关节用力内转,使球侧旋沿弧线运行。用左脚踢则用脚背外侧。

  踢旋转球时,削球太“薄”,出球乏力。削球太“厚”,球的旋转速度小,运动的弧线也小。只有踢出有一定速度和一定弧度的“香蕉球”,才能对防守方构成威胁。因此,对运动员腿部力量有很高的要求。当然,有风时,球员还要考虑到风向、风力对马格努斯效应是加强还是减弱。

  明白了吗?要想足球踢得好,科学知识少不了!

  C罗已经告别了本届世界杯,他身上那种坚韧的精神和负重前行的力量,鼓舞着每一个热爱足球运动的人。我们喜欢一个球星时,也别忘了,他们成为球星,真的是有科学道理的!(中央纪委国家监委网站 张祎鑫/文 王婵/图)