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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

节气专家说之小寒******

　　每到公历1月5日前后的时候，我们就会迎来小寒节气。小寒，说明这个时候非常寒冷，但实际上小寒和紧接其后的大寒，都是一年当中最寒冷的时节。

　　在这样的一个时间段里，河水结的冰已经非常厚了。早在《周礼》当中就有记载在这个时候藏冰的做法，专门有人来负责和冰有关的事宜，叫“凌人”。那这个就是关于古人怎么样利用自然之物，来顺利地度过一年四季，春夏秋冬。夏天非常炎热，不像我们现在有冰箱有空调，可以调节温度。那古人没有，但他们想出了办法，就是在冬天的时候为夏天做好准备。所以在小寒时节就有藏冰的做法，《诗经》里面就有讲说，“二之日凿冰冲冲，三之日纳于凌阴”，就是把冰取下来之后放到专门的场所。在清朝，仍然保留着凿冰的做法，我们前面讲到过，每到立夏日、伏日的时候，皇帝都会颁赐给大臣一些冰。

　　除了藏冰以外，古人也发明了很多的冰上的游戏和竞技，这就是冰嬉。在北京，明代就有记载，大家会有冰上的嬉戏活动，尤其是在什刹海、中南海一带。现在的故宫博物院当中，还藏有冰嬉图。我们从冰嬉图上是可以看到当年清朝宫廷当中非常盛大的冰上运动，场面非常壮观。

　　还有一个“二十四番花信风”的习俗，也是从小寒节气开始算起的。节气三候，从小寒到谷雨，总共是八个节气，总共是二十四候。在小寒这个节气里有三种花应时开放，一种是梅花，一种是山茶花，一种是水仙花。梅花大家都道其性情高洁，和梅兰竹菊构成“四君子”，又和竹松构成“岁寒三友”，在中华传统文化当中有非常高的地位；山茶花也是一种非常美好的象征；水仙花在北京被称为“年花”，小寒的时候，人们买来水仙花，晒水仙，经过一段时间的培育，到了春节的时候正好开放。水仙花和春节的喜庆、团圆，春天将至的特点结合起来，特别能够为春节增加色彩。

　　文字：王雅馨

　　统筹：杨静仪

　　来源：首都之窗

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）