落叶球物理原理大揭秘:足球如何诡异变向?科学解析3大关键因素
在那时候,昊奇,你俩正在进行踢球这项活动呢!我也决定加入,玩上几脚!添禄说道:哎,在不久之前举办的、属于院系之间的足球友谊赛当中,你所踢出的那个落叶球,究竟是运用怎样的方式进入球门的呢?能不能传授给我相关技巧呢?哎,你难道不就是体育系那位被称作小门神的康键吗?你可是在咱们学校被视为头号球星的存在呀!
康键说道:“哎呀,您可别这么夸我呀!禄哥,其实我也是认识您的呢。您和昊哥,真的是特别厉害的呀。就前几天那场比赛而言,不正是您让我在防守的时候出现了一次失误,昊哥又让我再一次出现了失误嘛?虽说我们队最终是以三比二的比分赢了你们,可实际上呢,你们物理系那可是卧虎藏龙之地呀。在整个球赛的过程当中,就数您俩朝着我的球门发起冲击的次数是最多的啦,而且还成功进了两个球呢。所以呀,我这完全是过来向你们取经学习的呀!”。
添禄表示,他自己称,确切来说,实则是运气不错,事实上,他也是前来向昊奇进行学习的,他同样不清楚昊奇所踢的那落叶球究竟是怎么一回事 。
昊奇说:“事实上,落叶球的原理 和香蕉球略微有相似之处 只是落叶球在飞行这段过程当中 是朝着前上方进行高速旋转的 接着会极速下坠 其旋转方向 跟乒乓球里的上旋球情况一样 !”。
添禄称,只要清楚那是上旋球,自己便大体明晰了,致使形成落叶球的力学缘由,实际上同样不外乎是要满足流体的粘黏性、伯努利定律、马格努斯效应,还有重力的作用!
康键说道:“哦,原来呀,你们是把物理学当中那些知识,通过理论结合实践这种方式,运用到球场上了呢!只可惜,除掉‘重力’这个,其他那些呀,我都是根本听不懂的哟!”。
昊奇称:“流体,乃是跟固体相互对应的那种物质型态,具备流动性。简单来讲,流体,指的就是气体以及液体。除却流动性之外,流体存在另外一个特性,便是流体的粘黏性!”。
康键:“流体的粘黏性?作理解呢?”
添禄说道,洗手的时候,那出水的手呀,会粘带出了水,这就与流体的粘黏性相关了。把手伸进池塘里去搅动,手会带动起周围的一部分水运动起来,并且形成漩涡状波纹,这同样与流体的粘黏性有关呢。实际上呀,就算不做搅动动作,只是让木棍像车轴那样的转动它,它也会带动周围的水做出漩涡式运动,木棍旋转的速度越快,这种现象就越明显。然而,同样身为流体的气体,也具备这种特性,只是我们很难去观察到,难以直接进行观察,不过当气体做漩涡运动时,要是带有扬尘、烟雾之类的,我们就能够间接观察到。足球于空中高速旋转,实际上它会促使其周围的空气一同转动,而这,恰恰和流体的粘黏性存在关联。
康键称,这下自身弄清楚了,然而这般的旋转,对于足球的飞行轨迹会产生何种影响呢 ?
昊奇称,足球飞行之际,面对着本身的迎面空气,是朝着相反方向流动的。足球处于高速旋转状态时,会带动起漩涡气流。气流当中,有一侧的旋转气流,会跟对面的空气流相互迎面,进而使得足球这一侧气流的线速度被减弱,然而另一侧的漩涡气流,跟迎面空气的流向是保持一致的,二者加起来,线速度就变强了。首先是伯努力定律,流体速度越大时,所受压力越小,反之压力越大,如此足球飞行轨迹会向压力小的一侧偏转,此偏转角度偏向转向一侧,速度越大飞行轨迹偏转越明显。就拿明贝式弧线来讲,右脚内侧摩擦出的旋转球,沿逆时针方向高速旋转,球向左侧画弧。还有更直观的例子,飞纸牌,见过吗?落叶球,实际是香蕉球中的一种,只是其旋转方向为前上方,是那种车轮向前滚动的旋转方式。
康键表示,自己有点明白了,然而,如此这般的话呢,落叶球理应是直接朝着下方栽落才是正确的呀!紧接着他马上就反应过来,说道,哦,实际的情况是,落叶球乃是朝着前方上方去踢的呢!
昊奇说道:“没错,你这个家伙相当聪慧!那球的弧线呈现方式,实际上是经由前上方朝着前下方偏移转动致使的,并且与此同时呢,它遭受到了空气的阻力影响,另外还承受着力的作用。”。再加上,当物体向前上方抛出时,其本身会受到动力、空气阻力以及重力的作用,这也会致使形成抛弧线。而球员所踢出去的落叶球,其往前上方飞行的动力是有限的,在受到空气阻力以及重力的作用下,这种动力总是会被削弱的,这是符合能量守恒的。同时,它契合伯努力定律以及马克努斯效应,如此便会造成足球的运动轨迹并非正常的抛弧线,而是到了球门上方时,会突然极速下坠,但又并非直接垂直落下,它依旧会往球门内部打进去,有点类似落叶飘下的模样,看上去还有些飘逸感,所以才被称作“落叶球”。然而,实际上,其速度要快得多,力量也大不少,不然的话,门将就不会对落叶球感到格外头疼了。再加上重力加速度,使得门将不仅不容易通过目视来判断球的轨迹,而且还很难实施捕捉,并且,并非所有的落叶球都是标准的上旋球,它极有可能是偏向右上的旋球,或者是偏向左上的旋球,这就致使门将更加难以做出判断。而决定这一运行轨迹的最大因素,乃是球员的经验以及临场发挥的能力,当然,它也会受到足球的生产工艺、材质、质量(轻重),足球的饱气度,空气的湿度、风向和风力等方面的影响。并且需要清楚了解的是,运动员事实上针对球施加了两种力量,其中一种是促使球飞行向前行进的力量,另外一种是致使球朝向前上方进行旋转也就是自转的力量,然而当球抵达极速下坠的临界点的时候,那个让球飞行向前的力量已然减弱到了极为严重的程度,可是使得球产生旋转的力量依旧非常大,所以球依旧处于高速旋转的状态。实际上在空气动力以及流体力学这些方面,乒乓球的情况也是如此,存在不同之处的是,乒乓球还会遭受两次与球桌以及一次与接球者球拍之间的摩擦,还有反作用力 。
康键:“学长,马克努斯效应,又是咱回事!”
添禄说道,当存在一个旋转物体,其旋转角速度矢量,与该物体飞行速度矢量不相重合的时候,在跟旋转角速度矢量以及平动速度矢量所组成的平面相互垂直的方向上,将会产生出一个横向力。简单来讲但又不完全贴切地说,就是物体处于飞行状态并且与此同时还在进行高速旋转的情形下,飞行动力与旋转动力,这两个力的大小不一样,方向存在差异,作用点也不相同,因为复杂的力学方面的原因,它会获取到一个横向力。而这个横行力的方向呢,是在垂直于旋转轴的,重叠于前进轨迹的平面那里,并且偏向于跟旋转方向一致的那一侧 。
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