http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2006-06-18
会骗人的香蕉球
本报综合报道 和打桌球类似,足球运动员可以通过踢球面的不同部位,来使足球发生不同的旋转。如果踢得恰到好处,足球在旋转的同时能够在空中划出像香蕉一样的弧线,越过防守队员组成的人墙。
“马格纳斯效应”
向前运动的球在以顺时针方向旋转时,左侧由于迎着气流运动,受到的空气摩擦力会更大。这就得使足球左侧受到的压力比右侧更大,足球在压力平衡的作用下便会朝右偏。如果足球以逆时针方向旋转,则相反。
足球旋转的速度越快,产生的摩擦力也越大,左右两侧受到的压力差异也越大,这样就会使足球的方向发生更大和更具欺骗性的变化。
科学家把这种效应称为“马格纳斯效应”,即物体的旋转影响它在空气或水中行进的路线。马格纳斯效应最先是德国物理学家提出的,它在其他运动项目中同样可以看到,在棒球比赛中尤其突出。
旋转球落点难判断
了解足球的旋转,似乎应该能够帮助球员判断球的落点,但英国贝尔法斯特女王大学的物理学家凯西·克雷格认为,球员的视觉系统根本无法处理这种信息。
凯西从欧洲顶级职业球队找来11名球员和9名守门员做实验,以研究球员如何判断旋转对足球运行轨道产生的影响。每名球员都被戴上虚拟现实头盔,使他们感觉置身于球门的中央位置。
当足球在虚拟环境下被踢出,在没有旋转,但依然受到重量影响的情况下朝着球员飞来时,球员都能准确判断出球是否能射入球门。但是,当足球沿顺时针或逆时针方向旋转时,就连非常老练的守门员也会判断失误。
凯西表示:“重力是一直存在的,我们从一出生就学会了和它打交道。但我们对于旋转却并不熟悉,我们的神经系统更容易应对不变的东西,而对不断变化的东西则很难把握。”凯西建议,守门员今后在训练时,可以使用类似的视觉装置,来熟悉那些任意球高手踢出的球旋转的方式。
裁判真的“瞎了眼”
本报综合报道 足球比赛上的裁判向来容易招致球迷的非议和怨气。其中,错判“越位”的边裁,最容易成为球迷攻击的对象。也许有时候你会觉得,这些裁判在判越位球的时候简直“瞎了眼”,而研究结果表明,事实上还真的就是这样。
西班牙物理学家富朗西斯科·马鲁恩达劝告球迷们,不要对边裁要求太苛刻,因为事实上,他们是在完成一项从物理学角度来说,根本不可能的任务。
不要苛求边裁
对于我们的眼睛来说,从看远距离的物体变为看近距离的物体,眼睛的对焦需要变化,这种变化被称为“眼睛调节”。对大多数来说,完成一次这样的调节,需要600毫秒的时间。在比赛过程中,队员和足球常常分散在赛场上的各个角落,因此对于边裁来说,在每次判断球员是否越位时,几乎都要进行这样的“眼睛调节”。
然而,马鲁恩达称,边裁在进行一次“眼睛调节”的时候,球员可以平均移动约1.5米的距离。因此,600毫秒的时间,对于他们来说还是太慢了。马鲁恩达表示,如果要做一次真正精确的判断,“必须让时间停下来,将所有球员的位置固定在0毫秒之上”。
为了改变裁判“瞎眼”的情况,一些足球官员曾建议采用电视图像定格技术,来更好地判断越位球。
守门员的“噩梦”
本报综合报道 在本届世界杯的开幕赛上,德国队中场主力托尔滕·弗林斯从距离球门近40米的地方,射出了一记漂亮的远射,为德国队打进宝贵的一球。弗林斯的这脚球先是沿直线飞行,但在离球门10米左右突然急速向右旋转。对任何守门员来说,这个球几乎都是无法挽救的。
有科学家表示,如果换一个球的话,也许守门员就能将它扑出来。其中的玄妙在于本届世界杯的比赛用球——“团队之星”,它已经成为每个守门员的“噩梦”。
传统的足球是由26块或32块六边形拼块拼成的,但“团队之星”的球面拼块却只有14块。
英国巴斯大学的运动科学家肯·布雷表示,球面拼块数量的减少,意味着足球上的接缝也变少,这样就使足球运行起来更像棒球。
布雷说:“在旋转速度很慢的时候,球面拼块的数量会对球的运行轨道会产生很大影响,这对守门员来说,变得更加不可预测。”
链接:其他与世界杯有关的科学
冠军公式:P(n) = λne-λ!
如果你实在等不及到5个星期、64场比赛之后才知道那支球队获得冠军的话,这里有一个数学公式可以让你事先预测一下:P(n) = λne-λ!。根据英国《观察家》杂志的报道,这个公式是一个预测公司的专家们研究的结果。
在这个公式中,“n”代表已有进球数,“λ”代表预测进球数,“e”是一个自然对数,而“!”则是“n”的一个函数。根据这个公式,巴西胜出的概率最大,紧接着的分别是法国、德国和荷兰,英国只排在第九位。
对付足球流氓的音响系统
荷兰的研究人员还发明了一种对付足球流氓的方法。为了减少足球场上那些辱骂性和不友好的喊叫,研究人员发明了一种富有创意的音响系统。只要在足球场上的特定位置,安装上特殊的扩音装置,使球迷在喊叫时产生有时间滞后的回声,那些试图一起喊叫脏话的球迷就会受到明显的干扰,很难同时发出一致的口号。
完美球鞋和聪明球衣
现在研究人员正在开发一种名为“激光烧结”的制造工艺,这种工艺将为球员制作出完全符合每个人脚型的足球鞋。此外,还有一种名为d3o的“聪明材料”,这种材料平时富有弹性,但在遭到撞击时会变得很坚硬,可以用来制作更完美的守门员手套,以及其他保护性装置。
此外,还有一些不可思议的创意,比如“触觉运动装置”。只要将这种装置安装进运动员的球衣,由球衣上传感器发出的触觉信号,可以对训练中的球员产生轻推的作用,帮助球员做出最正确的动作。
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