马格纳斯效应——英物理学家阐释齐达内的香蕉球

http://www.sciencehuman.com   科学人 网站 2004-06-27

　　在欧锦赛首轮比赛中，法国队在伤停补时的3分钟时间里的两个精彩入球，将英格兰队到手的胜利化为泡影。英国人在伤心之余也在问：在距离球门二三十米的地方，前面有人墙，还有守门员把住最后一关，齐达内踢出的球究竟是如何飞进球网的？英国人希望输也要输个明白，因为这个进球绝非“香蕉球”可以解释的。于是，英国的《每日电讯报》记者把本国的科学家请了出来，对齐达内的入球过程从科学家的角度进行分析。

至少三个原因导致齐达内进了球。

　　赛后有媒体分析，这种任意球适合贝克汉姆，当然也适合齐达内，因为齐达内是法国的任意球专家。

　　在英法大战的伤停补时阶段，法国队赢得一个任意球机会，为了保住1比0的比分，英格兰队的欧文、吉拉德、兰帕德和贝克汉姆组成了一道人墙。齐达内将球踢出后的瞬间，瓦塞尔从左边跑向人墙，而埋伏在瓦塞尔后面的法国前锋亨利则向球跑去，他可以分散英国守门员戴维·詹姆士的注意力。最后，皮球飞入英格兰队球网的左角。詹姆士甚至没有作出什么反应。

　　科学家们发现，齐达内进球至少有三个原因：后卫摆的人墙有缺陷；这是一个典型的香蕉球，势大力沉有弧线；守门员的视野不开阔，或许还因为比赛的前一晚没睡好。也有人认为，这个进球与欧锦赛首次使用的被命名为“罗泰罗”的新式无接缝皮球也不无关系。

　　凯斯·哈纳博士是研究模拟足球周围气流运动情况的软件公司专家，他表示，足球在空气中的运行轨迹包含几个复杂的物理过程。但他认为：“齐达内踢出的这个任意球之所以如此轻松地飞入英格兰队的球网，道理其实很简单———詹姆士直到皮球飞过人墙才看到球，可这个时候他已经来不及反应了。”

　　谢菲尔德大学的马特·卡尔博士也同意哈纳博士的解释。齐达内踢出的这个球球速很快，而且带有弧线。卡尔说：“等詹姆士看到皮球的时候，它已经飞进球网了。”

无缝皮球增加了守门难度。

　　这次使用的无缝皮球也是一个重要因素。在此次欧洲杯足球锦标赛中，足球制造商为了提高欧锦赛的观赏性，依靠现代的设计理念和最新的技术制造了无缝皮球。新球使用了此前从没被使用的热黏合技术，这也就预示着本届欧锦赛的比赛用球已经抛弃了需要用针线来缝合的历史。制造商本意想依靠这种新技术来提高皮球的飞行动力性能，从而使足球在运动中更加接近“动力平衡”。

　　在谢菲尔德大学所做的风洞试验中发现，由于这种足球的表面更加光滑，周围的气流可以从湍动过渡到平稳，增大了下沉力，使球飞行轨迹的弧度增加，加大了守门的难度。

皮球在空中产生了“马格纳斯效应”。

　　另外，科学家还认为，皮球在空中产生了“马格纳斯效应”。那么什么是“马格纳斯效应”呢？在诸多影响皮球飞行的外力中，大多数人只知道地心引力，这只是其一。其他的外力来源于我们四周看不见、摸不着的大气，不经过复杂的运算或者一辈子的练习，你无法预测它们究竟会让皮球飞向哪里。

　　除非踢球时正中皮球的中心，球基本上一边飞行一边自转，这对球体表面的气流产生影响。如果击球点是在中心偏左，球就会按顺时针方向自转，导致球体左侧气流在越过足球表面的球皮缝隙时，减速更快，在这一侧的气流将比另一侧的气流更早脱离球表面，因此，球的飞行路线逐渐向右偏移。这一现象在150年以前为德国物理学家马格纳斯发现，又称“马格纳斯效应”。就是因为这个偏移，我们才有幸目睹“香蕉球”的美妙弧线。

　　为什么会产生“马格纳斯效应”？科学家分析说，当皮球旋转时，在旋转的皮球的一侧，气流的方向是相同的，压力减小；在另一侧，球的表面运动正对着气流，压力增加。这种压力的失衡产生了一种侧力。研究显示，在时速15英里以上，这种力持续平稳地增加，这种突然增加的力量使得皮球在下沉的同时向一侧运动。

守门员如何应对？

　　那么，防守一方该如何对付这种球呢？牛津大学和苏塞克斯大学的科学家已经证明，只要遵守一个简单的原则，就可以守这种球。他提醒说，守门员自始至终要注意皮球飞行的两个角度：垂直角度和水平角度。他们发现，亨利可能在皮球进行弧线运动的最重要的时刻吸引或阻碍了詹姆士的注意力。

　　然而，鲁比克大学的简·伯恩博士也提出了他的看法。他一直在研究睡觉与效率的关系。他认为詹姆士没有守住齐达内的任意球，是因为他反应太慢，而反应慢可能是比赛前一晚睡眠质量不高的结果。

绿茵常识

"香蕉球"

　　如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。（北京科技报）

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