欧洲杯里的科学：电梯球和香蕉球应该怎样踢出来的？

　　文章来源：科学大院

　　如果说时下最流行的谈资是什么，那么“欧洲杯”绝对排得进前三。2016年法国欧洲杯(UEFA Euro 2016)将从当地时间2016年6月10日一直进行到7月10日，共有24支队伍参赛，比赛将在法国境内9座城市的12座球场内举行。

　　随着比赛的进行，度也愈发高涨，很多真球迷陶醉在法国东道主揭幕战首胜，或是英格兰补时被绝杀延续48年首战不胜。而大院er作为一个伪球迷，发现在闲暇时光已经无法加入群众聊天的行列，所谓的“大奉先”伊布、“小胖”鲁尼、“克罗地亚版齐达内”莫德里奇、“法国新星”格列兹曼、“9分钟进5球”莱万等等，大院er 全都不认识哎，只有那个抹着清扬洗发水的C罗在广告中常见，但是好像真球迷很少聊他呢(流泪.jpg)。

　　为了能够融入群众，团结同志，大院er决定冒充一次真球迷，利用自己的专业跟大家谈谈如何在不认识球星的情况下，也能装成自己很懂足球。

　　任意球破门的两大神器：

　　倚(dian)天(ti)剑(qiu)

　　屠(xiang)龙(jiao)刀(qiu)

　　足球是一个团体性的竞技项目，几乎所有的进球，都是靠团队共同努力。如果想单凭一己之力扭转乾坤，取得胜利，只有一种方式——任意球得分。在足球场上，能够靠任意球直接破门的球员，相当于古代小说中行走江湖的刺客，能够杀人于无形。而他们凭借的利器，主要是两种——电梯球和香蕉球。

　　这里指的当然不是真正的“电梯”和“香蕉”，听不懂的朋友别着急，听我慢慢说。

　　6月12日，威尔士2比1取胜斯洛伐克，比赛第10分钟，威尔士获得前场30码任意球，贝尔左脚罚出的任意球，在越过人墙之后急速下坠，门将扑救不急。威尔士1:0取得领先。

　　让我们看一下网友用动画模拟的进球过程，我们能够清晰地看到，球在越过人墙之后，迅速地下落，使守门员无法准确扑救，造成了进球。我们通常把这种极速下坠的球，称为“电梯球”。

　　至于江湖传说的另一神器——香蕉球，因为球运动的路线是弧形的，类似香蕉形状，因此以“香蕉球”得名。而且由于其代言人颜值极高，所以“香蕉球”几乎达到家喻户晓的程度，英格兰帅哥贝克汉姆杰出的香蕉球功夫，被中国球迷誉为“贝氏弧线”。

　　试想，如果你能在朋友面前讲清楚为什么球会飞出这样诡异的弧线，并告诉他们如何能够学会这些绝技，我相信，你一定会让这些真球迷眼前一亮！

　　香蕉球原理

　　香蕉球为什么会在飞行中拐弯？

　　这就不得不提到著名的伯努利原理，即流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加。

　　如图，当足球在空中一边飞行一边自转时，其一侧空气转动的线速度和球的前进速度叠加，使得迎面气流相对速度增加；而另一侧情况恰恰相反，自转线速度和前进速度部分抵消，气流相对速度被削弱，从而使球的两侧气流相对球的速度不同。根据伯努利原理，空气流速度大的一侧会形成一个低压区域，而另一侧则形成高压区域。足球两侧的压力差，就导致球受一个从高压区指向低压区的合力作用，这个合力使球偏离原直线运动方向。

　　“大院er啊，这图也看不懂啊！”

　　那我再换个方式举栗子

　　设想一下，有个小朋友跟着一个超级大的足球一起向前运动，当球体本身不转动的时候，他无论在左侧还是右侧，都会受到同样迎面而来的空气流拂面。而当球体本身开始高速旋转时，在右侧的他会发现足球转动所产生的风力能够部分抵消之前的拂面气流；而在左侧时，他将同时受到拂面气流和足球转动所带动的风力两者的叠加作用。这就是为什么足球在旋转时，两侧流体速度不同，进而最终导致了上文提到的压力差，使足球按照弧线飞行。

　　所以，踢出香蕉球的秘诀主要在于球的旋转，球旋转的越快，两边的压力差越大，球的弧线也越明显。

　　历史上，首先发现该现象的科学家名叫Magnus，所以我们把这种原理叫做马格努斯效应。这种弧线球同样应用在乒乓球的弧圈球，篮球的空心篮，棒球的旋转球等方面。

　　“屠龙刀”使用秘籍：

　　对于右脚球员，想要踢出香蕉球，接触球的部位应该在皮球右下侧，需要利用大腿发力，为了提高球的旋转速度，球员必须扭摆全身，让身体完全倾斜来增大皮球的内旋速度，人身体包括腿部产生的自旋性使得脚背触球的瞬间，让皮球带有强烈的旋转。

　　看看世界顶级的球员踢出的香蕉球

　　电梯球原理

　　电梯球跟香蕉球截然不同，它需要运动员使用脚背内侧踢出旋转极小但到球门前突然变线下坠的“S型”球，有人形象地比喻为“先将电梯迅速升到6楼，再急速降到1层”。除此以外，电梯球还有一个特点就是，在飞行的过程中，会有一定的飘忽感，让守门员不好防守。排球中的“飘球”也是同样原理，高水平运动员可以让排球过网后出现周期性的摆动或者突然下坠。

　　首先，电梯球为什么会突然下落？

　　我们以上文贝尔的进球为例，他最初主罚任意球的初始球速达到了97公里/小时，按照下图所示的实验室测量结果，此时的阻力非常小，所以球会随着初始作用方向迅速上升前进，在皮球飞行过程中逐步减速，当达到某一个临界值时(科学上用临界雷诺数表示)，空气阻力将迅速成倍增加，球瞬间失速，形成下坠球。按照下图的风洞实验结果可以看到，在皮球大概降速为50公里/小时时阻力就将成倍增加，形成下坠球。所以，踢电梯球需要距离球门一定的距离，才能发挥威力，否则皮球还没来得及失速下降，就超过球门的位置了。

　　其次，电梯球为什么会飘忽不定？

　　电梯球的关键在于球身旋转速度很小，球员踢球使出的全部力量几乎都转变为了前行方向的动能，皮球在刚踢出的瞬间就获得了极高的速度。由于现代足球设计越来越轻质，同时为了防止皮球过“圆”，还特别增加了缝深和摩擦，使得皮球在高速前行过程中，很容易由于表面粗糙度不同，导致产生局部气压差，最终让皮球出现小范围的飘忽晃动，忽上忽下，忽左忽右，难以判断。

　　实验表明，在高速飞行时，“粗糙”的球体要比“纯圆”的球体阻力更小，飞得更快更远；另外，从图上可以看出，“粗糙”本身也容易造成不平衡的“飘忽晃动”。

　　所以，根据上述原理，想要利用电梯球破门，至少要具备三个要素：

　　球几乎不旋转

　　初始球速非常高

　　距离球门比较合适的距离

　　“倚天剑”使用秘籍：

　　电梯球触球部位及触球方式较为特殊，需要利用脚背偏内侧接触皮球，接触面积越大越好。踢球时小腿快速发力，用脚背猛抽球身中下端，让球几乎无旋转飞出。由于球速很快，一旦球被踢高就无法实现快速坠落，因此踢球时必须要控制好发力部位，努力压低球的线路才能获得好的效果。

　　专业的球员在射门时平均球速一般在87千米/小时到96千米/小时，少数球员能够踢出超过100千米/小时的球速，球速快的球员在场上的有效射程也更远，可以像成名剑客一样于万军之中取对方上将首级。

　　看看世界顶级的球员踢出的电梯球

　　希望这些闲聊，能够换来一个“准球迷”的待遇，让我们一起享受为期一个月的欧洲杯！ 本期科学主编：郭亮(中国科学院力学研究所)