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
古代王朝更迭时 ,前朝货币都去哪儿了?(3)******
纵观中国古代“一般等价物” 的一般命运 ,作为主流 的金属货币 ,生命力很顽强,甚至超过它所属 的政权。以铜钱为代表 的金属货币 ,自身具有特殊性 ,使其不随政权更迭而迅速消失,而能够存在较长时间。特别 是汉五铢、开元钱等具有时代意义的金属铸币 ,流通有数百年之久。钱法混乱 、诈伪丛生,正常的经济活动难以展开之时 ,政府也会试图回收市面上的“恶钱” 、铸造新钱 ,建立稳定 的货币秩序,当然,新钱也难以迅速将市面上 的旧钱“斩尽杀绝”。而与之相比,尤其依赖政府信用 、保持稳定币值 的纸币,则与政权的兴衰紧紧绑定在一起。
政权更迭,属于王朝 的政治统治已经终结,而经济上的惯性却依然存在,货币也是其中见证。
参考资料 :
《史记》《汉书》《旧唐书》《文献通考》《日知录》《清史稿》
彭信威 :《中国货币史》
宋岗梧:《古钱钩沉》
罗文华:《中国钱币的故事》
(文图:赵筱尘 巫邓炎)