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
探访尼雅遗址,传说中的精绝古城是何模样?******
中新网新疆和田2月4日电(潘琦)远处,晨光初起,宿雾未散,近处,10余辆越野车一字排开向着千年遗址尼雅出发。近日,记者跟随“2022-2023跨年横穿塔克拉玛干沙漠探险队”一行40余人,驱车4个小时,从新疆民丰县穿越无人区走进塔克拉玛干沙漠中心,探寻精绝古国的踪迹。
出发,前往塔克拉玛干沙漠腹地
精绝古国,是否是小说《鬼吹灯》里的秘境?尼雅遗址地处丝绸之路南道交通必经之地,曾经是精绝古国繁盛的城郭。
精绝古国的存在时间约为公元前2世纪到公元5世纪。自1901年尼雅遗址被发现以来,多次考古活动出土了大量精美文物,尤以1995年的中日尼雅遗址联合考察队发掘成果最丰,其中最著名的就是“五星出东方利中国”汉代织锦护臂,为国家一级文物,中国首批禁止出国(境)展览文物之一,被誉为20世纪中国考古学最伟大的发现之一。
从民丰县城沿315国道行驶至沙漠公路(新疆轮台至民丰县)后,大地开始变得荒凉,只有两侧人工栽植的沙拐枣、梭梭、红柳等排排涌来。在抵达离尼雅遗址最近的小镇后,车队突然停了下来。
“给轮胎放气!”远处传来领队嘹亮的声音。司机师傅华林告诉中新网记者,在进入沙漠前,降低轮胎气压将增加轮胎与地面接触的面积,减少车身重量对地面的压力,降低被陷在沙中的概率。
尼雅住宅遗址。 阿力木江?胡加布都拉 摄跋涉,在黄沙大漠中
汽车在漫天黄沙中奔驰,沙漠丘陵高低起伏,因干涸而死去胡杨再一次提醒我们这里是死亡之海。
从平坦的村道拐下路基,一人多高的红柳扑面而来,四轮驱动的越野车左冲右突,剧烈地颠簸,树枝刮擦着车门发出刺耳的声音,坐在车内的我们东倒西歪,忍不住阵阵惊呼。
继续向沙漠深处前进,眼前最有趣的地貌是红柳包,它们孤立高大,像一处处破败的烽燧。
红柳包由流沙围绕红柳缓慢而有规律地堆积逐渐形成,起初土包很小很矮,经过数百年不间断的沙土堆积和红柳植物的逐年生长,常常出现高达10米以上的大土包。新疆文物考古研究所研究员张铁男说:“1995年中日联合考古发掘时,我们把国旗插到红柳包上,高高飘扬。”
干枯的胡杨散布在沙漠之中。 阿力木江?胡加布都拉 摄记者抬起相机,远处的沙丘近在眼前。细细观摩,沙丘的轮廓甚是迷人,两翼顺着风向延伸,平面轮廓呈现新月形,黄沙漫漫,蜿蜒曲折。
神秘,精绝古城又现真容
翻过一道沙丘,连片木桩突然映入眼帘。“这是尼雅遗址中保护最为完整的N3和N4居址,曾经是精绝人居住的地方。”张铁男介绍,这里就是精绝古城,保留着受损程度不一、规模不等的众多房屋、葡萄园、羊圈等遗址。
据张铁男介绍,精绝人住宅遗址边有果园分布,当时食用的果品,除了葡萄、桑葚以外,还有石榴、杏、桃、沙枣等。顺着木栈道走进N3,尽管有些地方已被流沙掩盖,但精绝人木骨泥墙的建筑依稀可见,胡杨木为房屋的基柱,红柳枝编成篱笆做墙体。风吹过,一些枯萎了的果树树干,一小簇一小簇地从流沙层中露了出来。
如今,走近尼雅遗址,仍能轻松辨认出这里的“地标”——佛塔遗址。塔体通体乳白,下呈正方形,上为圆柱形,佛塔用土坯加泥砌成,6米高的佛塔分3层。绕着佛塔走一圈,想象着千年前精绝人在这里生活的点滴。
农田果园,人们种植小麦、葡萄、桑树,织造毛毯,烧制各类陶器。仿佛随时会炊烟再起,牛羊撒欢,驼铃声响。
尼雅佛塔。 潘琦 摄“佛塔西北数千米的地方,就是国宝‘五星出东方利中国’锦护臂出土的地方。”新疆和田地区文化体育广播电视和旅游局局长吐送古丽·买托胡提说,关于精绝古城消失有很多猜测,是战争?疾病?还是自然条件恶化?遗址并没有发掘出刀剑戟箭,也没有战斗过的尸横遍野。反倒是所有的墓葬亡者安详平静,大礼陪葬。生活痕迹都清晰可见,但这里居住的人们却忽然消失了......丰富的文化内涵和神奇的未解之谜让尼雅遗址成为众多探险者和考古工作者的向往之地。(完)
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |