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
应急管理部发布2021年全国十大自然灾害******
中新网1月24日电 据应急管理部网站消息,应急管理部近日发布2021年全国十大自然灾害,河南特大暴雨灾害、江苏南通等地风雹灾害、青海玛多7.4级地震在列。
2021年,我国自然灾害形势复杂严峻,极端天气气候事件多发,经应急管理部会同工业和信息化部、自然资源部、住房城乡建设部、交通运输部、水利部、农业农村部、卫生健康委、统计局、气象局、银保监会、粮食和储备局、林草局、中国红十字会总会、国铁集团等部门和单位对2021年全国重大自然灾害事件会商核定,全国十大自然灾害如下:
2021年7月25日,河南新乡,多支救援力量在当地受灾较为严重的小朱庄开展救援工作。资料图为救援人员在小朱庄转移民众。 中新社记者 崔楠 摄一、7月中下旬河南特大暴雨灾害
7月17日–23日,河南省遭遇历史罕见特大暴雨,全省平均过程降雨量223毫米,有285个站超过500毫米;有20个国家级气象站日降水量突破建站以来历史极值,其中,郑州、新密、嵩山站均超其历史日极值1倍以上,郑州气象观测站最大小时降雨量(20日16–17时,201.9毫米)突破我国大陆有记录以来小时降雨量历史极值。多条河流发生超警以上洪水,郑州、新乡、鹤壁等多地遭受特大暴雨洪涝灾害,受灾范围广、灾害损失重、社会关注度高。灾害造成全省16市150个县(市、区)1478.6万人受灾,因灾死亡失踪398人,紧急转移安置149万人;倒塌房屋3.9万间,严重损坏17.1万间,一般损坏61.6万间;农作物受灾面积873.5千公顷;直接经济损失1200.6亿元。
二、黄河中下游严重秋汛
2021年入秋后,冷暖空气在黄河中游持续猛烈交汇、带来连续降雨,黄河流域9月份平均降水量179毫米,为1961年以来历史同期最多,造成黄河中下游发生1949年以来最大秋汛,中游干流9天时间连续发生3次编号洪水,支流洛河、汾河水位或流量超历史实测记录,黄河中下游河道高水位、大流量行洪持续同期一个月,山西、陕西、河南、山东等省局地洪涝灾害严重,造成4省32市232个县(市、区)666.8万人受灾,因灾死亡失踪41人,紧急转移安置46.7万人;倒塌房屋4.6万间,不同程度损坏17.5万间;农作物受灾面积498.6千公顷;直接经济损失153.4亿元。
三、7月中下旬山西暴雨洪涝灾害
7月10日–23日,山西省先后出现10日–11日、18日–23日两轮强降雨天气过程,间隔时间短、累计雨量大,引发严重洪涝灾害,造成晋城、忻州、长治等10市47个县(市、区)61.2万人受灾,因灾死亡失踪35人,紧急转移安置7.4万人;倒塌房屋2.1万间,不同程度损坏5.7万间;农作物受灾面积51千公顷;直接经济损失82.8亿元。
四、8月上中旬湖北暴雨洪涝灾害
8月8日–15日,湖北省部分地区出现强降雨,其中,11日–12日湖北襄阳和随州出现大到暴雨,局地特大暴雨,最大日雨量为随县柳林519毫米,引发严重洪涝灾害,造成随州、襄阳、孝感、黄冈等11市(州)58个县(市、区)和神农架林区158万人受灾,因灾死亡28人,紧急转移安置5.7万人;倒塌房屋1100余间,不同程度损坏1.7万间;农作物受灾面积126.5千公顷;直接经济损失31.2亿元。
五、4月30日江苏南通等地风雹灾害
4月30日,江苏沿江及以北大部地区遭受大风、冰雹等强对流天气袭击,南通沿海局地风力达13–15级,最大风速达47.9米/秒(15级),多地大风观测突破建站以来历史极值,引发严重风雹灾害,造成南通、泰州、淮安等8市36个县(市、区)2.7万人受灾,因灾死亡失踪28人,紧急转移安置3100余人;倒塌房屋397间,不同程度损坏1.3万间;农作物受灾面积11千公顷;直接经济损失1.6亿元。
六、8月中下旬陕西暴雨洪涝灾害
8月19日–25日,陕西省部分地区出现强降雨过程,其中,陕南地区暴雨持续时间长、影响范围广、累计雨量大、局地降水强度强,引发严重洪涝灾害,造成西安、汉中、安康、商洛等9市49个县(市、区)107.2万人受灾,因灾死亡失踪21人,紧急转移安置9.9万人;倒塌房屋2700余间,不同程度损坏2.4万间;农作物受灾面积26.6千公顷;直接经济损失91.8亿元。
七、11月上旬东北华北局地雪灾
11月4日–9日,我国大部地区出现寒潮天气过程,降温幅度大、雨雪范围广、极端性强,综合强度指数为1961年以来第四强,降温幅度超过16℃的国土面积达101万平方公里,华北、东北等地普降暴雪或大暴雪,局地出现特大暴雪,东北三省和内蒙古局地雪情较重。低温冷冻和雪灾造成内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江等9省(区、市)35.1万人受灾,因灾死亡7人(建筑物、树木倒压所致),农作物受灾面积19.3千公顷,大量农业大棚、牲畜棚舍、简易工业厂房倒损,直接经济损失69.4亿元。
八、云南漾濞6.4级地震
5月21日21时48分,云南大理州漾濞县(北纬25.67度,东经99.87度)发生6.4级地震,震源深度8公里,此后发生多次5级以上余震。地震造成大理、临沧2市(州)13个县(市)16.5万人受灾,因灾死亡3人,紧急转移安置2.8万人,倒塌房屋1854间,严重损坏1.9万间,一般损坏7.5万间,交通、道路、市政、教育等设施不同程度受损,直接经济损失33.2亿元。
九、2021年第6号台风“烟花”
2021第6号台风“烟花”于7月25日12时30分前后,在浙江舟山普陀区沿海登陆,登陆时中心附近最大风力13级(38米/秒),26日9点50分在浙江平湖市沿海以强热带风暴级(10级)再次登陆,30日晚8时停止编号。“烟花”具有移动速度慢、陆上滞留时间长、风雨强度大、影响范围广等特点,造成浙江、上海、江苏等8省(区、市)40市230个县(市、区、旗)482万人受灾,紧急转移安置143万人;倒塌房屋500余间,不同程度损坏8300余间;农作物受灾面积358.2千公顷;直接经济损失132亿元。
十、青海玛多7.4级地震
5月22日2时4分,青海果洛州玛多县(北纬34.59度,东经98.34度)发生7.4级地震,震源深度17公里,此后发生数次余震,最大余震5.1级。地震造成果洛、玉树2州7个县11.3万人受灾,19人受伤,紧急转移安置10.8万人,倒塌房屋1039间,严重损坏7600余间,一般损坏5万间,部分道路、桥梁等基础设施损毁,直接经济损失41亿元。
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |