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
关于“零添加”、草莓农残……2022年食品安全与健康流言榜发布******
中新网1月8日电 “中国食品科学技术学会”微信公众号6日消息,近日,中国食品科学技术学会与中国科协科学辟谣平台共同发布了“2022年食品安全与健康流言榜”。
流言1:保质期长的牛奶是因为加了防腐剂?
科学真相:保质期长短取决于牛奶的灭菌方式和包装工艺等,一般采用超高温瞬时灭菌方式的牛奶保质期可达至少6个月,与防腐剂无关。
流言2:乳糖不耐受的人不能喝牛奶?
科学真相:乳糖不耐受是人体乳糖酶缺乏或分泌不足引起的,乳糖不耐受人群可选择饮用酸奶、添加乳糖酶的无乳糖或低乳糖牛奶,也可尝试少量多次饮用牛奶(<50ml/次)的方式,逐渐增强肠道对乳糖的耐受性。
流言3:果汁可以完全替代水果?
科学真相:水果通过榨汁后食用的方式已被大众广泛接受,但无论是工业生产还是家庭榨汁,营养物质或多或少都有损失。因此,果汁并不能完全替代水果。
流言4:空气炸锅烹调食物不健康,还可能产生致癌物?
科学真相:空气炸锅的加热原理类似于烤箱,只是比烤箱内空气流动更快,食物熟化时间更短而已。因此利用空气炸锅,并不会比其他加工方式产生更多的有害物质。
流言5:草莓能检出多种农药残留,是最“脏”的水果?
科学真相:检出农药残留并非不安全。我国对各种农药最大残留量均制定了限量标准,只要在标准允许范围内都是安全的。
流言6:苏打水能调整身体酸碱平衡?
科学真相:健康人体的内环境,能自动保持在合适的pH值范围,为体内的生理活动提供稳定的环境。靠饮食调节人体酸碱平衡的说法是不科学的。
流言7:乳饮料和纯牛奶一样营养?
科学真相:乳饮料和纯牛奶的生产工艺、原辅料等均不同,营养也有所差异。纯牛奶的蛋白质含量高于乳饮料,我国国家标准规定,纯牛奶中的蛋白质含量应≥2.9g/100g,而乳饮料中的蛋白质含量仅需≥1.0g/100g。
流言8:“零添加”食品更安全?
科学真相:“零添加”与食品的安全性没有必然联系。而有些食品正是因为工艺必要性添加了食品添加剂,其质量和安全性才更有保障。
流言9:豆浆喝多了会诱发乳腺癌?
科学真相:大豆异黄酮具有双向调节作用,不会单纯导致体内雌激素水平升高。相反,已有科学研究证据表明,大豆及其制品具有健康益处。(中新财经)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)