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如何科学地聊足球

足球是一个团体性的竞技项目,几乎所有的进球,都得靠团队共同努力。如果想凭一己之力扭转乾坤,取得胜利,只有一种方式——任意球得分。在足球场上,能够靠任意球直接破门的球员,相当于武侠小说中行走江湖的刺客,杀人于无形。而他们凭借的利器主要有两种——香蕉球和电梯球。
  香蕉球原理
  香蕉球,因为球运动的路线是弧形的,类似香蕉的形状,因而得名。而且由于其代言人颜值极高,所以“香蕉球”几乎达到家喻户晓的程度——英格兰帅哥贝克汉姆杰出的香蕉球功夫,被中国球迷誉为“贝氏弧线”。
  香蕉球为什么会在飞行中拐弯?这就不得不提到著名的伯努利原理,即流体速度增加将导致压强减小,流体速度减小将导致压强增加。
  当足球在空中一边飞行一边自转时,会带动其表面空气同时旋转,其一侧空气转动的线速度和球的前进速度叠加,使得迎面气流相对速度增加;而另一侧情况恰恰相反,空气转动的线速度和球前进速度部分抵消,迎面气流相对速度被减缓,从而使球两侧的气流速度与球飞行的速度不一致。根据伯努利原理,空气流速度大的一侧会形成一个低压区域,而另一侧则形成高压区域。足球两侧的压力差,导致球受一个从高压区指向低压区的合力作用,这个合力使球偏离原直线运动方向。
  设想一下,有个小朋友跟着一个超级大的足球一起向前运动,当球体本身不转动的时候,他无论在左侧还是在右侧,都会受到同样迎面而来的空气流拂面。而当球体本身开始高速旋转时,在右侧的他会发现足球转动所产生的风力能够部分抵消之前的拂面气流;而在左侧时,他将同时受到拂面气流和足球转动所带动的风力两者的叠加作用。这就是为什么足球在旋转时,两侧气流流速不同,进而造成压力差,使足球按照弧线飞行。
  所以,踢出香蕉球的秘诀主要在于球的旋转。球旋转得越快,两边的压力差越大,球飞出的弧线也越大。
  历史上,首先发现该现象的科学家名叫马格努斯,所以我们把这种原理叫作马格努斯效应。这种弧线球同样应用在乒乓球的弧圈球、棒球的旋转球等方面。
  对于右脚球员,想要踢出香蕉球,接触球的部位应该在皮球右下侧,需要利用大腿发力。为了提高球的旋转速度,球员必须扭摆全身,让身体完全倾斜来增大皮球的内旋速度。人的身体,包括腿部产生的自旋性使得脚背触球的瞬间,让皮球带有强烈的旋转。
  电梯球原理
  电梯球跟香蕉球截然不同,它需要运动员使用脚背内侧踢出旋转极小但到球门前突然变线下坠的“S型”球,有人形象地比喻为“先将电梯迅速升到6楼(越过人墙),再疾速降到1层”。除此以外,电梯球还有一个特点是,在飞行的过程中,会有一定的飘忽感,让守门员不好防守。排球中的“飘球”也是同样的原理,高水平运动员可以让排球过网后出现周期性的摆动或者突然下坠。
  首先,电梯球为什么会突然下坠?
  我们以威尔士名将文贝爾在2016年欧洲杯对阵斯洛伐克时的进球为例。2016年6月12日,威尔士对阵斯洛伐克,比赛进行到第10分钟,威尔士获得前场30码任意球,贝尔左脚罚出任意球。他主罚任意球的初始球速达到97千米/小时,按照上图所示的实验室测量结果,此时的阻力非常小,所以球会随着初始作用方向迅速上升前进。皮球在飞行过程中逐步减速,当达到某一个临界值时(科学上用临界雷诺数表示),空气阻力将迅速成倍增加,球瞬间失速,形成下坠球。按照上图的风洞实验结果可以看到,在皮球的飞行速度降为50千米/小时时,阻力就将成倍增加,形成下坠球。所以,踢电梯球时需要与球门有一定的距离,才能发挥威力,否则皮球还没来得及失速下降,就超过球门的位置了。
  其次,电梯球为什么会飘忽不定?
  电梯球的关键在于球身旋转速度很小,球员踢球使出的全部力量几乎都转化为前行方向上的动能,皮球在刚踢出的瞬间就获得极高的速度。由于现代足球设计得越来越轻质,同时为了防止皮球过“圆”,还特别增加了缝深和摩擦,使得皮球在高速前行过程中,很容易因为表面粗糙度不同,导致产生局部气压差,最终让皮球出现小范围的飘忽晃动,忽上忽下,忽左忽右,令对方难以判断。
  实验表明,在高速飞行时,“粗糙”的球体要比“纯圆”的球体阻力更小,飞得更快更远;另外,从右图可以看出,“粗糙”本身也容易造成不平衡的“飘忽晃动”。
  所以,根据上述原理,想要利用电梯球破门,至少要具备3个要素:球几乎不旋转、初始球速非常高、距离球门有比较合适的距离。
  电梯球触球部位及触球方式较为特殊,需要利用脚背偏内侧接触皮球,接触面积越大越好。踢球时小腿快速发力,用脚背猛抽球身中下端,让球几乎无旋转飞出。由于球速很快,一旦球被踢高就无法实现快速坠落,因此踢球时必须要控制好发力部位,努力压低球的线路才能获得好的效果。
  专业的球员在射门时平均球速一般在87千米/小时到96千米/小时,少数球员能够踢出超过100千米/小时的球速。能踢出更快球速的球员在场上的有效射程也更远,可以像成名剑客一样于万军之中取对方上将首级。

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