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绕过人墙、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球” ？******

　　又到了四年一度的世界杯

　　不知道大家是否还记得

　　2018届世界杯中

　　葡萄牙和西班牙相遇 的小组赛

　　C罗在最后时刻力挽狂澜

　　踢出被解说员叹为

　　“翩若惊鸿 ，宛若蛟龙”的

　　“C型”任意球，扳平比分

　　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

我 是新时代 的兵|驾驭黑色“巨鲸” 的潜艇兵******

　　解说：我是赵满星，中国人民解放军海军潜艇某支队二级军士长。2014年，我们372潜艇正在执行战备训练任务，深夜突遇“水下断崖” ，潜艇在大洋深处急剧下沉。

　　“水下断崖”， 是因海水密度不同而形成 。当潜艇从海水高密度海域进入海水低密度海域，潜艇 的浮力会突然减少 ，专业上称这种现象为“掉深” 。大多数常规潜艇的有效潜深为300米，如果不能迅速控制“掉深” ，潜艇将急剧掉向海底 ，被海水巨大 的压力解体 ，造成艇毁人亡 。历史上，外国潜艇曾发生过因潜艇“掉深”造成 的重大事故。

　　面对突发的严重“掉深”险情，372艇3名同志迅速封舱，全体官兵临危不惧坚守岗位，凭借过硬 的军事素质和顽强 的战斗作风与死神搏斗 。180秒内，指挥员下达数十道口令 ，艇员们迅速完成500多个动作，关闭近百个阀门、开关。

　　终于 ，潜艇成功自救上浮 ，化险为夷，创造了世界潜艇史上遭遇“水下断崖”成功自救 的奇迹。

　　解说：相对明星装备航母 、四代战机，我们潜艇要维持低调 。它无声、隐形，游曳在大洋深处，在人们的视线之外 ，借助水下 的隐蔽性，预先潜伏在关键海域，战时从海中发动攻击。可以说，潜艇 的存在足以遏制或影响战争进程。

　　解说：我国的第一支潜艇部队，于1954年6月19日在青岛正式成立 。主要用于水下突袭 、反潜和实施侦察 ， 是对海上和岸上目标实施打击威慑和钳制的重要力量 。

　　如今 ，人民海军已经拥有核动力和常规动力两大类潜艇。在潜艇上 ，“百人一杆枪”，各个岗位都与潜艇 的生命力、战斗力相关。这就需要每一名潜艇官兵都拥有过硬的本领，成为技能“多面手”，不但要熟练操控设备，还要准确判断 、排除故障。

　　“不 是所有人都有机会住在‘龙宫’里 ！” ，“更不是任何人都可以当潜艇兵” ，潜艇兵 的工作 是“神秘” 的 ，更是神圣的 ，如果将潜艇部队比作 是维护国家主权和海洋权益，维护国家战略通道和海外利益安全的水下盾牌 ，那么潜艇兵就 是那个手握盾牌 的人。我们深爱这份职业 ，因为“我们这支部队 ，是为打仗而生 ，因胜利而存在，几十年来从未改变。”每一名潜艇官兵都明白 ，胜利就是我们追求 的最高荣誉！我骄傲 ，我们 是人民的潜艇兵！我自豪 ，我们保卫着祖国的海疆万里 。

　　科学顾问：曹卫东

　　制片顾问：范文军

　　编 导：金 赫

　　动 画 ：景晨龙

　　鸣 谢 ：北京市人民政府征兵办公室

　　出 品：中国科协科普部 光明网

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）