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「香蕉球」背後的故事

近期世界盃正如火如荼的舉行著,綠茵場上本屆世界盃用球 「電視之星」 的每一個運動軌跡都牽動著全球億萬熱愛足球觀眾的心,在足球運動的過程中,高超的球星很多情況下會踢出「香蕉球」、「電梯球」或者「落葉球」

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( 梅西:沒錯!說的就是我!)

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( C羅:呵呵!雕蟲小技!)

那麼這些運動軌跡不按套路出牌的球到底是怎麼踢出來的呢?其實無論是「香蕉球」、「落葉球」還是「電梯球」,都離不開足球本身的自轉。

從流體力學的角度來說,這些都可以用伯努利定律來解釋。

「 流體力學之父 」:丹尼爾·伯努利

根據伯努利定律,在不考慮流體勢能的情況下,流體的動能和壓能的和是一個固定值,當流體速度增大時,其壓力會降低。反而,當流體的速度降低時,其壓力會升高。

在足球運動中,高速前進的球體如果其自身帶有旋轉,那麼就會造成球的兩側空氣速度不一樣,空氣流速高的一側所受到的壓力較低。球在旋轉時,一側靠旋轉帶動空氣運動的方向和空氣相對於球體位移的流動方向相同,而球的另一側正好相反。球的位移運動和旋轉運動的疊加造成了兩側空氣流速不同,形成壓力差。球兩側的壓力差提供了球做弧線軌跡的向心力。

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(紅色箭頭即為球體壓力差方向)

伯努利定律簡而言之可以理解為:在氣流、水流等流體中,流速越快的地方,流體周圍產生的壓強就越小。

這在我們的生活中具有方方面面的應用。

比如地鐵或者是高鐵列車在快速駛過站台時,因為列車行駛的速度很快,所以人和車之間的空氣流速就會加快,氣流速度越大,壓強越小,外界的大氣壓就會將我們 「推」 向行駛中的列車,所以當我們在候車時,為了自身安全,可要站在黃色安全線以外啊!

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在水面上並排航行的兩艘船也必須得保持足夠的距離,否則……

( 否則就會像這樣 「 親密接觸 」 )

兩船並排航行時,兩船中間水流速度大,壓強小,而外側水流速度小壓強較大,所以就會將船 「推」 到一起,發生撞船事故。

除此之外,伯努利定律還在航空航天、汽車設計及製造、船舶工程等領域發揮著重要的作用,而對流體力學的發展做出卓越貢獻的丹尼爾·伯努利和他的長輩們一樣,不僅在物理學上造詣頗深,而且酷愛數學,這大概是整個伯努利家族三代人最突出的特點吧!

來自瑞士巴塞爾的伯努利家族從十七、十八兩世紀以來,三代人中出現了八位卓越的科學家,在微積分的發展和應用上扮演了重要的推動角色,為整個人類科學的發展起到了無法估量的推動作用,但與整個家族的科學光輝相對的,是家族內部從未平息的紛爭,伯努利手足之間、甚至是父子間因為學術聲譽和榮耀所持續近百年的爭鬥也成為了伯努利家族無法抹去的陰影。

( 我是上面那位伯努利的伯父:雅各布·伯努利 )

( 我是雅各布的親弟弟,丹尼爾的親生父親:約翰·伯努利 )

關於雅各布·伯努利和約翰·伯努利這對親兄弟間的學術爭鬥是一個漫長而又令人唏噓的故事,爭鬥的結局以雅各布·伯努利英年早逝(51歲)結束。

他們一個有藝術家一般的直覺與激情,一個有批判性的思維縱深。這是天才的兩面,如果結合在同一個人身上,就會造就偉大的科學家。可惜這兩面分開了,那麼衝突就是必然。

後世捷克物理學家恩斯特·馬赫對他們的評價可以說客觀又貼切。可令人感到不可思議的是,約翰·伯努利在哥哥死後又將自己的嫉妒之火燒到了一手培養起來的親生兒子身上,我們的流體力學之父,丹尼爾·伯努利。由此看來,伯努利家族其他從事藝術、醫學和政治的家族成員沒有被攪和進紛爭中也算是一種幸運。

這篇文章的結尾,附送一張不同弧線球的踢法,希望你在觀看本屆世界盃時,不僅能在啤酒、小龍蝦中體驗到足球帶給人類的快樂,同時也能在這個炎夏感受球場之外別樣的科學魅力。( 看完記得點個贊,比心)

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