如何踢出会转弯的香蕉球?

2020-07-02 05:47浏览 : 233
如何踢出会转弯的香蕉球?

图一 2014世界盃足球赛(图片来源:维基百科)

足球的国际赛事常常掀起足球热潮,这项运动的迷人之处有很多,其中包含了足球美丽的正五边形和正六边形缝线图案、大曲度的射球(俗称香蕉球)、很像跳舞的运动姿势等。早期的足球是用动物的膀胱和动物的皮做成的,而现在是用人造皮,大部份是用十二块正五边形和二十块正六边形的塑胶皮缝製而成。因为外皮有这些缝线的存在,所以足球和平滑的圆球比起来更容易扰动周围的空气,使得大曲度转弯的球路更容易出现,增加了许多美感。

但是会转弯的旋球是如何踢出的呢?从技巧方面而言,不论是脚背外侧或内侧都可以踢出旋球,只要不是刚好踢到球心,若加上扭腰的动作,球基本上都会转。足球鞋的鞋面上的缝线是为了增加鞋面和球面的摩擦力,不同的缝线和纹路提供了多变的性能。只是如果球转得不够快,那幺足球转弯的曲度就不会太明显。所以踢旋球的重点是要让足球旋转,而不是足球往前的速度。大曲度的香蕉球可以很慢的球速让足球沿着原本前进方向转90度,恰好绕过一排对手所组成的人墙。

从物理学的角度来看,旋球的会转弯是因为足球一边前进一边旋转,因为旋转中的足球会带动它周围的空气,造成球附近气压的不同而使得足球会感受到一个侧面的力,叫作Magnus force,这是德国物理学家H. G. Magnus在十九世纪时发现的。根据白努利定律(Bernoulli’s Law),同一高度之稳定层流体,其流速越快的地方所具有的压力会越小。当火车或车子从我们面前高速驶过时,我们会感受到把我们往车子吸的吸力,其实这就是身体前后空气的压力差所造成的。高速的车子会带动它周围的空气,所以我们前面的空气流速较快而压力较小,这也是为什幺月台上会有黄线的原因,就是要警告旅客不要站得太靠近轨道,以免被这种压力差造成的吸力而撞到进出站的列车。

相同的道理也可解释香蕉球的成因。假设足球以逆时针方向旋转并往左飞,以与足球等速运行的观测者观之,由足球旋转所带动的气流在十二点钟位置会减慢由左向右的固定气流,造成十二点钟位置有较大的压力。而在六点钟位置则相反,足球旋转加速推动由左向右的固定气流,使得那里的空气流速变快,压力变小。所以足球会感受到周围的空气将它往六点钟的方向推。如果足球是以顺时针方向旋转并往左飞,则足球球路会往十二点钟方向偏。这是所有球类运动中,造成曲球的主要原理。由于足球体积大,缝线又多,使得它在旋转时和空气的接触作用甚显着,也更容易产生大曲度的球路。

如何踢出会转弯的香蕉球?

图二

除此之外,因为足球的缝线多,在行进中也容易产生乱流,使得足球所受的空气阻力(拖曳力)并不一定会随着球速的增加而增加,这也是高尔夫球有很多凹洞和网球表面有很多纤维的原因。对足球而言,如图二所示(责编注:此图细节并不符实验结果,仅约略描述空气拖曳力与足球球速的关係),在19 m/s 到 26 m/s 之间反而是速度越快风阻越小。2010年世界盃足球赛的足球员踢出的足球平均速度是80 ~89 km/hr ,也就是 22.2 ~ 24.7 m/s。因此,世界盃的球员所踢出的足球远比一般人所踢低于 19 m/s 的球快很多。在足球PK赛时由于踢球处只距球门约11公尺,意即起脚后不到1秒钟足球便抵达球门。若依照一般人有意识的反应动作,肌肉从眼睛看到球射出到做出反应的时间约为0.2秒,故守门员没有足够的时间纯粹只靠眼睛和肌肉之间的协调,必需加上经验和直觉来执行任务,因此也增加了足球PK时的刺激程度及不可预期性。


参考资料

The Science of Soccer http://www.physics.hku.hk/~phys1055/lectures/chap05.html


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