在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的一条43厘米长的水道中，研究人员使用荧光染色的液体来观察球体周围的流体形态。他们发现，传统足球在黑光下产生最大电梯球效应时的速度约为每小时48公里。这个速度明显低于世界杯球员通常的踢球速度&mdash&mdash大约每小时80~89公里。更流畅的“欢庆全世界”足球，可以在80公里左右的时速下产生最大的电梯球效果，
在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的一条43厘米长的水道中，研究人员使用荧光染色的液体来观察球体周围的流体形态。他们发现，传统足球在黑光下产生最大电梯球效应时的速度约为每小时48公里。这个速度明显低于世界杯球员通常的踢球速度& mdash& mdash大约每小时80 ~ 89公里。更流畅的“欢庆全世界”足球，可以在80公里左右的时速下产生最大的电梯球效果，这也难怪2010年世界杯上球员会经常踢电梯球。
■本报记者胡
相比2010年南非世界杯的低进球率，巴西世界杯从小组赛开始就屡屡上演进球大战，这除了运动员的主观因素外，也与本届比赛用球“桑巴荣耀”的优异表现密切相关。
足球越来越圆了。
作为一种特定运动的比赛用球，其独特的外形和设计决定了它很少随时间而变化。众所周知，传统足球由32块五边形和六边形的皮革组成，这种蜂巢足球自2006年德国世界杯后有所突破。
2006年德国世界杯，足球“队星”采用了全新的异形块和无缝压制技术，史无前例地将足球球形块的数量减少到了14个。这使得足球外表面的缝合点从60个变成了24个，缝合线的总长度也从40.05 cm减少到了33.93 cm。这种改进的好处是最大程度上消除了球体表面的不规则凹凸，球体呈现出完美的弧形。
到了2010年南非世界杯，“全世界的庆典”只由八块外皮组成。阿迪达斯首次采用球形成型的方法，使每一层表皮实现立体结构，然后通过热粘合技术拼接，从而使新球比以前更加圆润。当时被称为史上最圆足球。
不过“全世界的庆祝”很快就升级了。巴西世界杯“桑巴荣耀”奇迹般地只用了6块螺旋桨形状的皮面，通过热拼接技术拼接而成，它自然成为了迄今为止最圆的足球。
但是足球是否越圆，它的性能就越好。答案是否定的！
滑行方向干扰飞行轨迹
此前，很少有研究探讨不同皮肤成分对足球空气动力学的影响。此次，来自日本筑波大学的两位科学家通过风洞试验，研究了足球蒙皮的形状、数量和方向对其实际飞行轨迹的影响。
他们的风洞试验表明，足球皮块的方向会对空气阻力产生影响，6皮足球的空气阻力最低，32皮足球次之。测试机器人踢球时，足球蒙皮的方向对足球的飞行路径有显著影响，即蒙皮的方向会明显干扰球的飞行。6皮和传统32皮的足球，表现出相对稳定规律的飞行路线。《普天同庆》是圆的，却是最坏的。
这就不难让人想起2010年世界杯时不时出现的“全民欢庆”的一些“超自然”的体育状态。这个足球曾经是守门员的噩梦。当它不旋转或者只有一点点旋转的时候，就会突然落下来形成一个“电梯球”。球缝处的空气以一种不寻常且不稳定的方式流动，球的轨迹变得不可预测。
表面粗糙度影响稳定性。
无独有偶，最近，美国国家航空航天局的工程师也测试了世界杯用球。
《桑巴荣耀》的脸少了，但是这些手指状的脸之间的缝长增加了。相比“庆满天下”，这些关节的深度也加深了。球面上也布满了凸起。这些因素是如何影响球的空气动力学特性的？
在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的一条43厘米长的水道中，研究人员使用荧光染色的液体来观察球体周围的流体形态。他们发现，传统足球在黑光下产生最大电梯球效应时的速度约为每小时48公里。这个速度明显低于世界杯球员通常的踢球速度——大约每小时80 ~ 89公里。更流畅的“欢庆全世界”足球，可以在80公里左右的时速下产生最大的电梯球效果，这也难怪2010年世界杯上球员会经常踢电梯球。
埃姆斯研究中心实验航空物理系主任拉比·梅塔博士认为，正是因为“桑巴荣耀”增加了球面的粗糙度，才使得最大电梯球效应的临界速度降到了每小时48公里。这也意味着以常规投篮速度踢出的球的轨迹会更容易判断。
测试还表明，“桑巴荣耀”在飞行中更加稳定，踢足球时对它的控制更像是传统的32面足球。(原标题《足球越圆越好？》)
为什么香蕉球能以弧线飞行？
问:用任意球得分肯定是最激动人心也是最困难的方式之一。而有一种任意球，即将偏离球门飞出界外，却转身直奔球门。守门员还来不及反应，球已经入网了。这是一个神奇的“香蕉球”。为什么香蕉球可以沿着弧线飞行？
答:“在流动的水或气流中，速度小，侧面的压力就大，速度大，侧面的压力就小”，这就是流体力学中的伯努利原理。足球运动员用脚踢球时，只踢到球的一小部分，摩擦起来，球受力旋转。球的两边，空气流量大，流量小，所以边上的压力小，边上的压力大。这样球受到一个侧压力差，使球偏向一边，球保持向前飞行。在这种情况下，足球同时参与两个线性运动，并沿弯曲的弧线运行。
当向前运动的球顺时针旋转时，左侧会受到更多的空气摩擦，因为它是逆着气流运动的。这使得足球左侧受到的压力大于右侧，足球在压力平衡下会向右倾斜。如果足球逆时针旋转，情况正好相反。
“香蕉球”分为内弯香蕉球和外弯香蕉球。打香蕉球时球员不是踢球的中心。以外弯香蕉球为例。球员应站在球附近，抬腿时锁定脚跟，脚尖向下。在击球过程中，运动员扭动身体，摆动双腿，通过扭动腰部来增加脚与球的摩擦力，用脚外侧撞击球的内侧三分之一来“摩擦”球。球被摩擦后，根据伯努利原理，球两侧的空气产生侧向压力差，使球侧向偏离，出现漂亮的弧线。
除了风向、风速、气压等外界因素的影响外，球与落点的距离、球的受力、脚与球的接触时间、球的受力方向、球中心连线的夹角都会影响香蕉球飞行时的侧向力。
为此，一些运动鞋供应商甚至对球员踢球时脚部和足球的应力和变形进行建模和精确计算，研究控制球飞行的物理参数，设计出既能避免脚部受伤又能踢出大弧度“香蕉球”的足球鞋。(朱翔)
《中国科学报》(第15版，2014年7-4月)
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