第五章 怎么踢电梯球？
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荣光这一问就好像是打开了何塞·阿莱玛尼的话匣子,或者说他一直就在等着荣光问这个问题。
于是他开始了自己的……“表演”。
“啊,这个问题你可问对我了我是专门研究过电梯球的。为什么研究呢？因为我发现这种任意球方式太有意思了,足球在空中几乎一动不动,完全没有自身的旋转,和贝克汉姆的那种弧度极大的任意球完全不同……按理说,任意球就是要靠弧线绕过人墙,欺骗门将,从而实现进球的目的。但为什么会有这样的任意球呢？足球几乎是呈一条直线的方式,往前飞,然后还会突然下坠,就好像有什么东西把足球往下挡了一样……”
“我一开始以为这是踢球球员运气好蒙出来的。”
听到这里,荣光也点了点头,他当初也是这么认为的,克里斯蒂亚诺·罗纳尔多那不过是运气好,蒙进去的,有什么好吹的呢？
“但我发现无论是克里斯蒂亚诺·罗纳尔多,还是儒尼尼奥,或者是皮尔洛,都有过这样的任意球破门,并不是什么孤立的例子。一个人能够靠运气好蒙进去一个,但这么多人都能够靠运气好蒙进去吗？所以我开始研究这种任意球……我发现这个任意球绝对不是运气好蒙进去的,从罚球到破门之间是有着必然的规律和联系的”
说到这里,阿莱玛尼自己都有些激动了,他挥舞了一下拳头,兴奋的样子就好像自己发现了什么新的元素一样…
“我甚至可以说,只要坚持正确的踢球方式你就能踢出这种看起来像是运气好蒙出来的电梯球为什么我敢这么说？这是有科学根据的……”
“科学？”荣光听到这里忍不住插话道,这踢任意球还有什么科学？
看到荣光如此惊讶的表情,阿莱玛尼露出了微笑。
“当然,科学”他用非常肯定的语气说道。“为什么电梯球会呈现出这样一种状态？这就涉及到了流体力学。因为足球是一个球体,会和周围的空气形成流线型的接触,会造成紊流或者是湍流,就是旋转的气流,这就是足球在空中会飘忽不定,忽左忽右,或者是忽上忽下。这里面涉及到一个物理学方面的理论,叫做‘马格努斯效应,,是说当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。这个横向的力就会导致物体飞行轨迹发生偏转。
“简单来说,我们所看到的弧线球,其实就是马格努斯效应的体现。旋转物体能够横向产生力的作用,是因为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。而根据伯努利定理,流体速度增加导致压强减小,流体速度减小将导致压强增加,这样就导致旋转物体在横向的压力差,并形成横向力。同时由于横向力与物体运动方向垂直,因此这个力主要改变飞行速度方向,即形成物体运动中的向心力,因而导致物体飞行方向的改变……
“这是弧线球的物理原理,我们以贝克汉姆的弧线球为例,可以看到球越到球门处球速越慢,球自身旋转越快,根据马格努斯效应,球身两侧气压差异导致皮球偏向角速度方向与行进方向相反的一侧。
“而电梯球呢？就不适用于马格努斯效应了。由于球身自旋速度很小,甚至是不旋转,脚力几乎就全都作用在了前进方向所需要的动能上,足球出去的瞬间就获得了极高的速度,刚开始皮球会高速直线前行,但随着空气作用流线型的球体表面,皮球任意一个位置都能产生气压差,直接导致皮球运动线路飘忽不定,忽左忽右,甚至忽上忽下。
小儒尼尼奥曾经在法甲联赛中踢进过一个很著名的任意球,足球在空中两次变向,最终划出了一道b型的弧线,钻入球门。如果我没记错的话,那个球距离球门是三十七点二米,比你现在练习的距离还要远……我记得我手机里保存了这个进球的视频……”
说到这里,何塞·阿莱玛尼掏出了自己的手机,然后在视频里找到了那段进球视频,拿出来播放给两个人看。
“你们看,足球在空中就几乎是不自旋的。足球上的黑色色块有位置上的偏移,但这不是自转所带来的,而恰好证明了空气从不同方向给足球施加压力的结果……门将因此对这个球完全没有反应……”
随后阿莱玛尼继续滔滔不绝,口若悬河。
“在这里我要说为什么我认为电梯球是可以被成功复制的,而不是运气好蒙出来的。因为只是有原因的,我总结克里斯蒂亚诺·罗纳尔多和小儒尼尼奥踢出电梯球时,发现这两人有一个共同点,那就是他们都擅长远射,都可以在距离球门很远的地方主罚直接任意球,小儒尼尼奥就有过很多个距离球门非常远的任意球破门。这说明什么？说明他们两个人的脚力都非常大,是的,脚力大,这就是踢电梯球所必须满足的条件之一,那就是击球力量。
“击球力量必须足够大,才能让足球获得最高的初始速度,这样才可能出现电梯球,否则的话,你是根本踢不出电梯球来的。这就和弧线球不一样了,弧线球并不要求初始速度,也没法要求初始速度,因为踢弧线球要增加球鞋和足球的摩擦力,增加摩擦力会降低速度。而踢电梯球则要求触球时间尽量短,越短速度越快,弧线球的触球时间则会更长……
“那为什么必须要大力击球才能踢出电梯球来呢？这里我要引出一个有名的理论,叫做‘卡门涡街,理论,这个理论是由著名的空气动力学专家冯·卡门提出来的,所以以他名字命名什么是涡街理论呢？就是当水流和气流被一个物体所阻挡之后,在这个物体身后形成的一个漩涡接一个漩涡的规则排列,看起来就像是漩涡组成了一条街,所以叫做涡街……涡街效应会给物体带来震动,甚至会导致和物体的共鸣。在建筑上,严重的话会因此而产生垮塌事故,比如有名的美国塔科玛桥垮塌事故……
“同样,踢出去的电梯球,因为足球本身是不旋转的,所以足球自身不会产生非常强的横向力,当足球穿过空气的时候,遇到空气阻力,空气会在它后面形成涡街,这就会导致足球开始震动。这也是为什么足球会在空中忽上忽下,忽左忽右的原因了。当振动频率过大的时候,就会发生比较大的方向上的偏移,就像塔科玛桥在涡街影响下振幅达到了九米,桥面倾斜到了四十五度的时候垮塌一样。
“涡街理论的基本公式很简单,就是f等于kv被b除0,v可以看做是球体的运行速度,坝则是球体的直径,k则是斯特劳哈尔数,和球体的介质以及流体的性质有关,是晃动的频率。从这个公式中我们可以看到球速越快,球体的直径越小,足球晃动的频率也就越高。足球的直径是固定的,斯特劳哈尔数也是相对固定的,那么唯一能够起到作用的就是球速了,球速则取决于你施加给足球的力……也就是你射门的力量。射门力量越大,足球在空中受到涡街理论影响之后晃动的频率也就越高。这也就是为什么踢电梯球一定要力量足够大才行,力量不大,球速不快,就不成功。
“这种现象在理论上可以计算出来,和一个叫做雷诺数的比值有关系。雷诺数就是说你踢一个球,给予它的力量和空气给足球的粘滞力的比值,这个数字就叫雷诺数。电梯球就和雷诺数有关……我通过计算研究发现了对于不旋转的球体来说,当初始速度小于末端速度的时候,球体就成抛物线运动,而当初始速度远大于末端速度时,球下落时就会急坠……也就是形成电梯球。计算的基本公式就是牛顿第二定律……”
说到这里,阿莱玛尼突然停下了口若悬河的讲演,然后问旁边已经目瞪口呆的孙奉阳：“请问有纸和笔吗？”
孙奉阳完全没有反应过来,就这么机械地将手中的纸和笔递给了他。纸其实就是的阿莱玛尼刚才给孙奉阳的简历
阿莱玛尼接过来,看都没看,直接将自己的简历翻了过来,在反面的空白部分写了起来。
他在纸上写下了牛顿第二定律的公式,同时嘴里不停的讲着,手也不停。
写完牛顿第二定律的公式,又写下了第二个公式：“……因为是电梯球,所以球体是不旋转的,因此横向力这个数据可以忽略不计,在只考虑空气阻力的情况下,而且是大雷诺数,就是初始速度非常快的时候,这个公式可以简化成”
“……从这个公式最后可以得到一个最终速度hc注意注意,我说的这个最终速度不是我们平常意义理解的最终速度,而是加速度等于零,就是说速度不会再发生变化的时候的速度……它是一个开方的形式,和球的半径有关系,和阻尼系数有关系,和空气密度有关系……总而言之,我们可以算出一个最终速度……这个最终速度和最初的起始速度之间的关系决定了这个球的运动轨迹的形状……也就是根据刚才的公式,我们可以算出来速度随着时间的变化……而对速度做一个对时间的积分的话,就可以得到路程随着时间的变化,也就是给出了足球运行的轨迹……”
他开始在纸上画xy轴的图。
“……看这个弧线,初始速度每秒大约三十七米,角度三十八度,计算出来的弧线应该是这样的……看到了吗？典型的电梯球的运行路线。一开始是一个比较缓的坡上去,接下来非常陡的降下来……所以,踢电梯球是有规则的,只要你按照这个规则来,成功的几率就会比你不按照规则来大呃,不知道我怎么说……有没有讲清楚呢？”
兴致勃勃说到这里,阿莱玛尼从他的计算公式中抬起头来,看着已经呆若木鸡,如同石化了的荣光和孙奉阳说……
荣光这一问就好像是打开了何塞·阿莱玛尼的话匣子,或者说他一直就在等着荣光问这个问题。
于是他开始了自己的……“表演”。
“啊,这个问题你可问对我了我是专门研究过电梯球的。为什么研究呢？因为我发现这种任意球方式太有意思了,足球在空中几乎一动不动,完全没有自身的旋转,和贝克汉姆的那种弧度极大的任意球完全不同……按理说,任意球就是要靠弧线绕过人墙,欺骗门将,从而实现进球的目的。但为什么会有这样的任意球呢？足球几乎是呈一条直线的方式,往前飞,然后还会突然下坠,就好像有什么东西把足球往下挡了一样……”
“我一开始以为这是踢球球员运气好蒙出来的。”
听到这里,荣光也点了点头,他当初也是这么认为的,克里斯蒂亚诺·罗纳尔多那不过是运气好,蒙进去的,有什么好吹的呢？
“但我发现无论是克里斯蒂亚诺·罗纳尔多,还是儒尼尼奥,或者是皮尔洛,都有过这样的任意球破门,并不是什么孤立的例子。一个人能够靠运气好蒙进去一个,但这么多人都能够靠运气好蒙进去吗？所以我开始研究这种任意球……我发现这个任意球绝对不是运气好蒙进去的,从罚球到破门之间是有着必然的规律和联系的”
说到这里,阿莱玛尼自己都有些激动了,他挥舞了一下拳头,兴奋的样子就好像自己发现了什么新的元素一样…
“我甚至可以说,只要坚持正确的踢球方式你就能踢出这种看起来像是运气好蒙出来的电梯球为什么我敢这么说？这是有科学根据的……”
“科学？”荣光听到这里忍不住插话道,这踢任意球还有什么科学？
看到荣光如此惊讶的表情,阿莱玛尼露出了微笑。
“当然,科学”他用非常肯定的语气说道。“为什么电梯球会呈现出这样一种状态？这就涉及到了流体力学。因为足球是一个球体,会和周围的空气形成流线型的接触,会造成紊流或者是湍流,就是旋转的气流,这就是足球在空中会飘忽不定,忽左忽右,或者是忽上忽下。这里面涉及到一个物理学方面的理论,叫做‘马格努斯效应,,是说当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。这个横向的力就会导致物体飞行轨迹发生偏转。
“简单来说,我们所看到的弧线球,其实就是马格努斯效应的体现。旋转物体能够横向产生力的作用,是因为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。而根据伯努利定理,流体速度增加导致压强减小,流体速度减小将导致压强增加,这样就导致旋转物体在横向的压力差,并形成横向力。同时由于横向力与物体运动方向垂直,因此这个力主要改变飞行速度方向,即形成物体运动中的向心力,因而导致物体飞行方向的改变……
“这是弧线球的物理原理,我们以贝克汉姆的弧线球为例,可以看到球越到球门处球速越慢,球自身旋转越快,根据马格努斯效应,球身两侧气压差异导致皮球偏向角速度方向与行进方向相反的一侧。
“而电梯球呢？就不适用于马格努斯效应了。由于球身自旋速度很小,甚至是不旋转,脚力几乎就全都作用在了前进方向所需要的动能上,足球出去的瞬间就获得了极高的速度,刚开始皮球会高速直线前行,但随着空气作用流线型的球体表面,皮球任意一个位置都能产生气压差,直接导致皮球运动线路飘忽不定,忽左忽右,甚至忽上忽下。
小儒尼尼奥曾经在法甲联赛中踢进过一个很著名的任意球,足球在空中两次变向,最终划出了一道b型的弧线,钻入球门。如果我没记错的话,那个球距离球门是三十七点二米,比你现在练习的距离还要远……我记得我手机里保存了这个进球的视频……”
说到这里,何塞·阿莱玛尼掏出了自己的手机,然后在视频里找到了那段进球视频,拿出来播放给两个人看。
“你们看,足球在空中就几乎是不自旋的。足球上的黑色色块有位置上的偏移,但这不是自转所带来的,而恰好证明了空气从不同方向给足球施加压力的结果……门将因此对这个球完全没有反应……”
随后阿莱玛尼继续滔滔不绝,口若悬河。
“在这里我要说为什么我认为电梯球是可以被成功复制的,而不是运气好蒙出来的。因为只是有原因的,我总结克里斯蒂亚诺·罗纳尔多和小儒尼尼奥踢出电梯球时,发现这两人有一个共同点,那就是他们都擅长远射,都可以在距离球门很远的地方主罚直接任意球,小儒尼尼奥就有过很多个距离球门非常远的任意球破门。这说明什么？说明他们两个人的脚力都非常大,是的,脚力大,这就是踢电梯球所必须满足的条件之一,那就是击球力量。
“击球力量必须足够大,才能让足球获得最高的初始速度,这样才可能出现电梯球,否则的话,你是根本踢不出电梯球来的。这就和弧线球不一样了,弧线球并不要求初始速度,也没法要求初始速度,因为踢弧线球要增加球鞋和足球的摩擦力,增加摩擦力会降低速度。而踢电梯球则要求触球时间尽量短,越短速度越快,弧线球的触球时间则会更长……
“那为什么必须要大力击球才能踢出电梯球来呢？这里我要引出一个有名的理论,叫做‘卡门涡街,理论,这个理论是由著名的空气动力学专家冯·卡门提出来的,所以以他名字命名什么是涡街理论呢？就是当水流和气流被一个物体所阻挡之后,在这个物体身后形成的一个漩涡接一个漩涡的规则排列,看起来就像是漩涡组成了一条街,所以叫做涡街……涡街效应会给物体带来震动,甚至会导致和物体的共鸣。在建筑上,严重的话会因此而产生垮塌事故,比如有名的美国塔科玛桥垮塌事故……
“同样,踢出去的电梯球,因为足球本身是不旋转的,所以足球自身不会产生非常强的横向力,当足球穿过空气的时候,遇到空气阻力,空气会在它后面形成涡街,这就会导致足球开始震动。这也是为什么足球会在空中忽上忽下,忽左忽右的原因了。当振动频率过大的时候,就会发生比较大的方向上的偏移,就像塔科玛桥在涡街影响下振幅达到了九米,桥面倾斜到了四十五度的时候垮塌一样。
“涡街理论的基本公式很简单,就是f等于kv被b除0,v可以看做是球体的运行速度,坝则是球体的直径,k则是斯特劳哈尔数,和球体的介质以及流体的性质有关,是晃动的频率。从这个公式中我们可以看到球速越快,球体的直径越小,足球晃动的频率也就越高。足球的直径是固定的,斯特劳哈尔数也是相对固定的,那么唯一能够起到作用的就是球速了,球速则取决于你施加给足球的力……也就是你射门的力量。射门力量越大,足球在空中受到涡街理论影响之后晃动的频率也就越高。这也就是为什么踢电梯球一定要力量足够大才行,力量不大,球速不快,就不成功。
“这种现象在理论上可以计算出来,和一个叫做雷诺数的比值有关系。雷诺数就是说你踢一个球,给予它的力量和空气给足球的粘滞力的比值,这个数字就叫雷诺数。电梯球就和雷诺数有关……我通过计算研究发现了对于不旋转的球体来说,当初始速度小于末端速度的时候,球体就成抛物线运动,而当初始速度远大于末端速度时,球下落时就会急坠……也就是形成电梯球。计算的基本公式就是牛顿第二定律……”
说到这里,阿莱玛尼突然停下了口若悬河的讲演,然后问旁边已经目瞪口呆的孙奉阳：“请问有纸和笔吗？”
孙奉阳完全没有反应过来,就这么机械地将手中的纸和笔递给了他。纸其实就是的阿莱玛尼刚才给孙奉阳的简历
阿莱玛尼接过来,看都没看,直接将自己的简历翻了过来,在反面的空白部分写了起来。
他在纸上写下了牛顿第二定律的公式,同时嘴里不停的讲着,手也不停。
写完牛顿第二定律的公式,又写下了第二个公式：“……因为是电梯球,所以球体是不旋转的,因此横向力这个数据可以忽略不计,在只考虑空气阻力的情况下,而且是大雷诺数,就是初始速度非常快的时候,这个公式可以简化成”
“……从这个公式最后可以得到一个最终速度hc注意注意,我说的这个最终速度不是我们平常意义理解的最终速度,而是加速度等于零,就是说速度不会再发生变化的时候的速度……它是一个开方的形式,和球的半径有关系,和阻尼系数有关系,和空气密度有关系……总而言之,我们可以算出一个最终速度……这个最终速度和最初的起始速度之间的关系决定了这个球的运动轨迹的形状……也就是根据刚才的公式,我们可以算出来速度随着时间的变化……而对速度做一个对时间的积分的话,就可以得到路程随着时间的变化,也就是给出了足球运行的轨迹……”
他开始在纸上画xy轴的图。
“……看这个弧线,初始速度每秒大约三十七米,角度三十八度,计算出来的弧线应该是这样的……看到了吗？典型的电梯球的运行路线。一开始是一个比较缓的坡上去,接下来非常陡的降下来……所以,踢电梯球是有规则的,只要你按照这个规则来,成功的几率就会比你不按照规则来大呃,不知道我怎么说……有没有讲清楚呢？”
兴致勃勃说到这里,阿莱玛尼从他的计算公式中抬起头来,看着已经呆若木鸡,如同石化了的荣光和孙奉阳说……