【物理科普】让我们一起来了解足球进球的物理原理
卡塔尔世界杯激战正酣，绿茵场上精彩纷呈，现代足球不但在规则和比赛阵型等技战术层面有了长足的发展，而且在技术上也有许多改进和创新。例如有的球星踢出“香蕉球”和“电梯球”等，就是极具魅力和美感的踢球方式，在实战中发挥出独特的威力。
在昨天对阵加纳队的比赛中，葡萄牙球星C罗主罚点球破门，打入他在本届世界杯的首枚进球，这也让他成为历史上第一个连续在五届男足世界杯上进球的球员。作为一名深受广大球迷喜爱的伟大球星，C罗给我们印象最深的一粒进球，还应该是他在2018年世界杯上其主罚的一粒任意球。
下面画面所展现的就是在2018年世界杯上，C罗在对阵西班牙队时踢出的那脚完美的任意球。因为无论从关键性，还是主罚的质量来看，这个进球都堪称是精彩绝伦。
再来回顾一下↓
换个角度欣赏↓
当时电视直播的足球解说员，包括媒体都说C罗这脚任意球是个典型的“电梯球”。
那问题来了，什么是“电梯球”？怎么踢出来的？C罗这个球是不是“电梯球”？球迷们常说的“香蕉球”和“落叶球”又与它有何不同？
下面，我们从物理角度一起来看看这几种球，它们在飞行过程中蕴含着什么样的知识原理↓↓↓
香蕉球
先来说说香蕉球。
香蕉球，因为球的运动轨迹是弧形的，类似香蕉形状，因此以“香蕉球”得名。“男神”球员贝克汉姆就以擅踢香蕉球著称，有“贝氏弧线”的美誉。
△贝氏弧线，精准制导
△2001年世界杯预选赛，贝克汉姆踢进希腊队的这粒任意球，不仅有着完美弧线，而且帮助英格兰最终挺进2002年世界杯决赛圈，价值连城。
△而在球迷心中，最神奇的香蕉球，是巴西左脚将罗伯特·卡洛斯在1997年四国邀请赛上的这记“天外飞仙”。
△这个角度看，卡洛斯向角旗猛地抽射，足球躲过人墙后，却拐弯朝球门而去。
△不过要论弧度，有史以来弧度最大的任意球，当属荷甲哥德堡队队员尼尔森这一脚世界波。皮球从右到左，剧烈转弯，如此大的弧线，诡异至极。
这些不可思议的进球，吸引着物理学家参与到对足球运动轨迹的分析中来。
实际上，香蕉球（弧线球）就源于物理现象——马格努斯效应。
这个理论解释起来有一点点难，各位看官请尽量理解。
假设在无风的情况下，足球以一定速度直线运动，此时，气流只会对皮球产生阻力。如果试图“大力出奇迹”，直线射门时，除非你瞄得很准，否则很可能打到人墙，或者偏出球门。
怎样能让足球越过人墙后拐进球门呢？
答案：让足球旋转起来。
球员在踢球的一刹那，通过摩擦使足球产生旋转。当足球在空中一边飞行一边自转时，也会带动周围气流旋转。
球的一侧，旋转产生的气流和飞行中的相对气流的方向相同，气流速度加快；另一侧，旋转产生的气流和飞行中的相对气流的方向相反，气流速度减小。
两侧气流相对球的速度不同，会形成压力差。气流速度小，压强大；气流速大，压强小。这个时候，高压区会向低压区产生一个横向力。
旋转的足球在飞行中受横向力的影响，会有明显的偏转，从而形成弧线。这就是马格努斯效应。
香蕉球的关键是球员触球时一刹那的脚法——不但要使球向前，而且要使球急速旋转。不同的旋转方向，球的转向也不同。这需要运动员的刻苦训练，方能达到炉火纯青的地步。
落叶球
什么是落叶球呢？
简单对比来说，香蕉球，足球是左右旋转，而落叶球，足球则是竖直旋转，有点类似乒乓球里的弧圈球。
看上图，物理上讲，如果一个前进的球体同时向前旋转，这个球达到最高点后会急速下坠，弧度比正常的抛物线大。
落叶球下坠时也会显得飘忽，如果门将判断失误，通常会措手不及。
电梯球
很多新球迷可能对“电梯球”知道的还不多，先来欣赏几个动图↓
注意了，球本身没有任何旋转
球的初始球速很快，门前突然下坠
仔细看，足球出现了左-右-左 飘忽的S型轨迹
踢出的皮球高速直上直下
这就是电梯球，跟香蕉球（弧线球）截然不同，球本身没有旋转，初始速度很快，迅速上升且突然下坠，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”，因此得名“电梯球”。
除此以外，电梯球还有一个特点，就是在飞行过程中，有一定的飘忽感，会出现左右S型诡异路径，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。
电梯球什么原理？
电梯球，为什么会有这么诡异的路线呢？
一般来说，足球的初始速度要踢到100—120公里/小时，才会形成电梯球。而且，电梯球由于空气阻力作用飘忽不定，所以守门员很难判断。
2012年，世界上很有名的物理学家Cohen和他的学生发表过一篇论文，详细解释过电梯球的物理原理。
Cohen教授认为，对非旋转球体，当起始速度小于末端速度时，球体成抛物线运动，而当起始速度远大于末端速度时，球下落时急坠。
实际上，如果按简单的物理知识来解释也不难。我们知道，空气阻力跟物体速度平方成正比，速度越快，阻力越大。电梯球的初始速度要很快，踢出后，球本身受到空气阻力也会突然增大，而且短时间会把球在水平方向的力消耗掉，这个时候，足球就会主要受重力影响，迅速下落。
见上图，左边这个初速不太快，它的下落是比较平缓的；而当初速和末速比值到达100，出现了急坠。所以对守门员来讲，如果你看到那个球往球门去了，你本来以为它会飞出去，实际上它可能急坠，钻进网窝。
这个物理现象也很常见，比如大家看到的烟花，在空中爆炸盛放后，并不是呈现一个长长的抛物线，而是迅速下坠，道理跟电梯球是一样的。
那电梯球怎么踢？跟香蕉球、落叶球在踢法上有何区别？看下面这个表你就知道了↓
好了，电梯球、香蕉球、落叶球大家应该大体知道了。那么，我们再来看看C罗对阵西班牙时的那脚任意球，是什么类型呢？
通过镜头慢放可以发现，球速非常快，球本身有微小的旋转，而球自转的方向是侧旋，最后也有明显下坠。貌似都有点不符合啊...
只能解释为，这是一个“电梯球+香蕉球”特点于一球的任意球。
C罗球技就是高！
来源：央视新闻 清华大学葛惟昆教授《足球运动与科学》
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