又到了四年一度的世界杯
不知道大家是否還記得
2018屆世界杯中
(相關資料圖)
葡萄牙和西班牙相遇的小組賽
C羅在最后時刻力挽狂瀾
踢出被解說員嘆為
“翩若驚鴻，宛若蛟龍”的
“C型”任意球，扳平比分
被踢出的球為什么會迅速升降？
又為什么會“拐彎”呢？
首先我們來了解一下任意球
任意球是啥？
任意球是罰球的一種。它是一種在足球（或手球）比賽中發生犯規后重新開始比賽的方法。
任意球分兩種：直接任意球，踢球隊員可將球直接射入犯規隊球門得分；間接任意球，踢球隊員不得直接射門得分，球在進入球門前必須被其他隊員踢或觸及。判罰前場任意球后會使用一種泡沫噴劑劃定球的擺放位置，以及人墻的站位，發任意球時需要用手觸球，然后在裁判哨響后踢球。
香蕉球？能吃嗎？
事實上，C羅踢出的這種任意球在足球比賽中并不少見。
在1997年，在巴西對法國的一場足球比賽中，巴西足球運動員Roberto Carlos，在沒有通向球門的直接路線的情況下，從35米外開出一個任意球。他的射門使球飛過球員，并在快要出界的時候急轉向左，砸入球門。
圖源：網絡 香蕉球圖解
球的突然拐彎讓在場球員，特別是法國守門員根本來不及反應。這個史上最漂亮，最具標志性和最違反物理學定律的任意球，被叫作“香蕉球”。法國物理學家對此研究了數年，終于用“馬格努斯效應”解釋了這個問題。
馬格努斯效應
圖源網絡
當一個旋轉物體的旋轉角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌跡發生偏轉的現象。這是流體力學中的一種現象。
圖源：陜西師范大學物信院 馬格努斯效應示意圖
旋轉物體之所以能在橫向產生力的作用，是由于物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。
是不是聽得云里霧里？
香蕉球軌跡
球在氣流中運動時，如果其旋轉的方向與氣流同向，則會在球體的一側產生低壓，而球體的另一側則會產生高壓。運動員的用力方向朝右，所以足球逆時針旋轉。拐點處足球左側產生低壓，右側產生高壓，這樣就導致足球存在橫向的壓力差，并形成向左側的力。
圖源：NKPhysics
根據物理公式，距離越遠，速度越慢，球偏離角度也就越大。因此，我們能看到在香蕉球運行的末尾時刻，會發生更劇烈的偏轉，給守門員一個巨大的“驚嚇”。
我也能踢出和C羅一樣的球嗎？
回到文章開頭提到的C羅“力挽狂瀾”的任意球，這一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念，同時也混合了“電梯球”，即指大力踢出的足球，下落很快，像是從電梯上下墜，它實際上是高速飛行的足球受到重力和大雷諾數阻力下的運動軌跡。
圖源： 中國物理學會期刊網 皮爾洛的“電梯球”
葛惟昆教授解釋說：“踢出電梯球的一大關鍵要素，就是球的初始速度要快。”要踢電梯球，球的初始速度應該接近150公里/小時，沒錯，就是一輛車在高速公路上狂飆的速度。
圖源：科學世界
研究人員在進行場景模擬時發現，要想讓100公里/小時以上速度的任意球避開人墻（假定在距離約9米遠的位置有5名身高1.8米的對方球員并排）成功射門，球離開地面時與地面的夾角必須控制在15°～17°之間，也就是僅有2°的精度范圍（在距離球門25米的位置，踢出轉速為每秒8轉的側旋弧線的情況）。
如果是足球，以每小時90千米的速度每秒旋轉8轉，球會在這個距離內彎曲3米以上。
圖源見水印
而踢出弧線的關鍵在于，落腳點在偏離球心的位置，偏離球心的幅度越大，球的轉速越快。有研究人員稱，安德烈亞皮爾洛等優秀的任意球球員會使球的旋轉軸傾斜角度大于側旋，讓馬格努斯力傾斜向下發揮作用，從而踢出“球速快、大幅彎曲的同時又急劇下沉的”球路。
資料來源：科學世界、中國物理學會期刊、科技日報、天津科普說、NKPhysics
整理：董小嫻
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