研究称足球并非越圆性能就越出色

我们的记者胡

与2010年南非世界杯的低进球率相比，自小组赛以来，巴西多次上演进球大战。这不仅是由于球员的主观因素，也是由于这场比赛中“桑巴荣耀”的出色表现。

足球越来越圆了。

作为特定运动的比赛用球，它独特的形状和设计决定了它很少随时间而变化。众所周知，传统足球由32个五边形和六边形的皮片组成，这种蜂窝状足球自2006年德国世界杯以来取得了突破。

在2006年德国世界杯上，“明星队”首次使用全新的异形块和无缝拼接技术将足球的球形块减少到14块。这将足球外表面上的接合点的数量从60个改变到24个，并且接合线的总长度也从40.05厘米减少到33.93厘米。这种改进的好处是最大程度地消除了球体表面的不规则凹凸，球体呈现出完美的弧形。

到2010年南非世界杯时，“世界庆典”将只有八层外皮。阿迪达斯首先采用球形成型的方法使每块皮肤实现三维结构，然后用热粘合技术拼接，使新的球比以前更圆，这是有史以来最圆的足球。

然而，“全球庆典”很快升级了。巴西世界杯的“桑巴舞荣耀”奇迹般地只用了6块螺旋桨状的皮革表面，通过热缝合技术拼接在一起。它自然成为迄今为止最圆的足球。

然而，足球越圆，它的表现就越好。答案是否定的！

皮肤斑点方向干扰飞行路径

迄今为止，很少有研究探讨不同皮肤成分对足球空气动力学的影响。这次，来自日本筑波大学的两名科学家通过风洞试验研究了足球表皮的形状、数量和方向对其实际飞行路径的影响。

他们的风洞试验表明，足球皮的方向对空气阻力有影响，6皮足球的空气阻力最低，其次是32皮足球。当测试机器人踢足球时，足球皮肤的方向对足球的飞行路径有显著影响，即皮肤的方向会明显干扰球的飞行。6皮和传统的32皮足球显示出相对稳定和规律的飞行路线。“全世界庆祝”是最差的表演，尽管它是圆的。

这并不难想到，在2010年世界杯上，“庆祝所有的世界”时不时会出现一些“超自然”的运动。这个足球曾经是守门员的噩梦。当它不旋转或只旋转一点点时，它会突然下落形成一个“电梯球”。气流以不寻常且不稳定的方式在球的接缝处流动，球的轨迹变得不可预测。

表面粗糙度影响稳定性

同样，最近美国宇航局的工程师也测试了世界杯足球赛。

桑巴荣耀的脸更少，但是这些手指状的脸之间的接缝长度增加了。与“庆祝整个世界”相比，这些接缝的深度也加深了球形表面也覆盖着凸起。这些因素如何影响球的空气动力学特性？

在美国宇航局艾姆斯研究中心43厘米长的水道中，研究人员使用荧光染色液体观察球体周围的流体模式。他们发现在黑光灯下，传统足球产生最大电梯球效应的速度约为每小时48公里。这个速度明显低于世界杯球员通常的踢腿速度——大约每小时80 ~ 89公里。更流畅的“全球庆典”足球能以每小时80公里的速度产生最大的电梯效应，这也难怪在2010年世界杯上球员们会经常踢电梯球。

埃姆斯研究中心实验室航空物理系主任拉比·梅塔认为，正是因为“桑巴荣耀”增加了球体的粗糙度，最大电梯球效应的临界速度才降至每小时48公里。这也意味着以正常的射门速度踢球的轨迹将更容易判断。

测试还显示“桑巴荣耀”在飞行中更稳定，踢腿时的控制更像传统的32边足球。(原标题“足球越圆越好？“)

为什么“香蕉球”能成弧形飞行

问:任意球直接得分无疑是足球比赛中最令人兴奋和最困难的得分方法之一。然而，有一种任意球，它处于偏离目标并飞出界外的边缘，但随后转过身来，直扑目标。守门员反应不好，球已经进网了。这就是神奇的“香蕉球”。为什么“香蕉球”可以沿着弧线飞行？

答:“在流水或空气流中，如果流速小，一侧的压力就大，如果流速大，一侧的压力就小”，这就是流体力学中的伯努利原理。当一个足球运动员用脚踢球时，他只踢球的一小部分，并且“摩擦”球。当球受压时，它会旋转。在球的两侧，空气流速高而流速低，球侧的压力低而压力高。这样，球受到横向压力差，导致球向一侧偏移，球不断向前飞行。在这种情况下，球同时进行两个直线运动，并沿着一个弧形运行。

当一个向前移动的球顺时针旋转时，左侧会因其逆气流运动而受到更大的空气摩擦。这使得足球左侧的压力比右侧大，在压力平衡的作用下，足球会向右移动。如果足球逆时针旋转，情况正好相反。

“香蕉球”分为向内弯曲的香蕉球和向外弯曲的香蕉球。玩“香蕉球”时，球员不是足球的中心。例如，一个有外弯的香蕉球要求运动员站在球的附近，抬起腿的时候将脚跟和脚趾向下锁定。在击球过程中，球员可以扭动身体，摆动双腿，通过扭动腰部来增加脚和球之间的摩擦力。球员可以通过将球从脚的外侧抽到球的1/3内侧来“摩擦”球。根据伯努利原理，球被摩擦后，球两侧的空气产生横向压力差，导致球横向偏离，并出现美丽的弧线。

它也是一个“香蕉球”。球的质量，除了诸如风向、风速和气压等外部因素的影响之外，就运动员本身而言，球与撞击点之间的距离、施加在球上的力、脚与球之间的接触时间、施加在球上的力的方向以及连接球中心的线之间的夹角都将影响飞行期间施加在“香蕉球”上的侧向力。

为此，一些运动鞋供应商甚至在踢足球时对球员的脚和足球的应力和变形进行建模和精确计算，研究控制球飞行的物理参数，设计出既能避免脚受伤又能踢出一个大弧形“香蕉球”的足球鞋。(朱祥)

《中国科学日报》(第15版探索，2014年7月4日)