俄羅斯世界盃:說說香蕉球,還有一種你可能沒見過的船

2020-11-22 泡泡網

俄羅斯世界盃：說說香蕉球，還有一種你可能沒見過的船

  繞過人牆的香蕉球，猜猜踢球的球員是誰？

2018年俄羅斯世界盃期間，少不了一些精彩的香蕉球，為給您的看球助助興，今天咱們就來好好說這種有趣又精彩的球。

世界盃賽場上的香蕉球現象，並非足球獨有，實際上，看完本文您會發現，香蕉球的原理跟很多現象都是相通的，比如轉子船。

 圖為轉子船。

船上那4個高大的圓柱子有何用？是煙囪嗎？當然不是。它們又跟足球中的香蕉球有什麼關係？不急，咱們慢慢道來。

同樣是球，桌球中其實也有香蕉球現象，這就是旋球。

綠蔭場上，香蕉球難以踢出來，但桌球很多人是打過的，旋球也是玩過的，玩到極致，甚至能讓對方因為錯誤判斷球的走向而摔一跤。

在物理學上，香蕉球是一種「馬格努斯效應」，而要理解這種效應，最簡單粗暴的辦法是使用另一種原理，即伯努利定理。

兩個氣球擺在你面前，你沒有珍惜，而是使勁一吹，按理，氣球應該被吹開才是，但是……

兩個氣球卻緊緊靠在了一起，這是因為從兩個氣球之間吹氣，中間氣流速度加快，而伯努利定理說的是，流體的流速越快，壓力就越小。

當兩個氣球間的氣壓變小了，周圍的正常大氣壓就把它倆壓在一起了。

那麼，香蕉球現象又跟伯努利定理有什麼關係呢？原因是，要想踢出香蕉球，前提是得讓足球旋轉起來。先來看一個從高壩上扔籃球的例子。

 動圖取自Veritasium的視頻

旋轉的籃球從高壩上落下時，由於「香蕉球」現象，其橫向飛了很遠很遠。原因如下圖：

上面動圖中，足球在旋轉時，球的上方，球面的運動方向與氣流方向相反，由於球面的摩擦作用，上方的氣流速度減慢了，這會導致上方氣壓大。

而球的下方，球面運動方向與氣流相同，由於球面的帶動作用，氣流速度增加，導致下方氣壓小。

再來看一個氣流方向相反的例子。

如上圖，我們不難分析出：下方氣壓大，上方氣壓小，那麼壓力就會推動球往上走。

足球、網球和桌球等，只要其旋轉速度夠快，就會出現綠蔭場上的「香蕉球」現象。

 動圖取自Veritasium的視頻

從上面的分析，我們很容易得出這樣的結論：如果你想讓足球直線前進一段距離後，突然往左飛從而打進球門，那麼在踢球時，應該從足球的右下發力，只有這樣，足球才能左旋，也就是逆時針旋轉。

簡而言之，左旋，足球往左飛，右旋，足球往右飛。

 轉子船，圖片來自Dragos Baltateanu。

本文開頭，我們提到了轉子船，其是利用「馬格努斯效應」為自己提供部分動力，而原因如下：

帆船最適合在順風的情況下行駛，而轉子船最適合側風的情況。如上面的動圖，為便於描述，我們以圖片所示方向為準。大風從上往下吹，而船上的轉子為逆時針旋轉，這導致轉子前後出現氣壓差，轉子後方的氣壓大於前方氣壓，壓力作用在轉子上，推動船前進。

這裡，有網友會問，如上圖，如果風是從下往上吹，那船豈不是會倒退？不會，因為我們可以很容易地將轉子從逆時針轉，變成順時針轉。

綜上，香蕉球現象是一種馬格努斯效應，而為了簡單理解這種效應，我們又引入了伯努利定理。不過，我們需要注意的是，馬格努斯效應還有更深層的解釋，但它涉及到湍流、尾流以及邊界層等流體力學術語。看球本是一件輕鬆的事，咱們就不往更深處探索了。

 猜猜踢出這球的是誰？

最後，祝大家看球愉快！

（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）  

出品：科普中國 

製作：寒木釣萌 

監製：中國科學院計算機網絡信息中心 

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