在里约，弧线球和女足更配！

　　出品：科普中国

    制作：中国科学院力学研究所 老三

    监制：中国科学院计算机网络信息中心

    2016年里约奥运会举办的如火如荼，里约热内卢是奥运史上首个主办奥运会的南美洲城市。即便如此，前些天媒体还在吐槽主办方准备得如何不充分，比赛场馆建设滞后严重，奥运村条件简陋，水上项目遭遇垃圾水域，甚至由于拖欠警察工资导致各种抢劫和枪击事件的发生等等。

　　以至于大家都在说，此次奥运会可能是最差的一届。

　　不过开幕式的精彩，为里约挽回了不少面子，很多观众已经开始黑转粉。

　　那么，我们今天说的将是里约举办奥运会的另一个优点——踢弧线球更加容易！

　　众所周知，在巴西，足球的地位超越了运动，它是宗教，是一份信仰。这里走出来的球星不计其数，里面也包含了非常多的弧线球高手，那么有没有想过他们可能占了地利的优势？！

　　巴西里约热内卢的海拔是2.3米，相对来说，我国西藏的平均海拔4000米，其中拉萨3650米。在这样的条件下，拉萨的空气密度仅相当于里约的70%左右。所以人们到了高原会出现头晕等症状，正是氧气吸入量不够导致的。

　　但是，这与弧线球有什么关系呢？我们得从弧线球产生的原因说起。

　　弧线球又称“香蕉球”，是指足球运动员运用脚法，踢出球后使球在空中向前作弧线运行的踢球技术。一般用于任意球时，利用球的弧线运行，绕过人墙直接破门得分。

　　世界足球先生梅西的弧线球

　　巴西球星卡洛斯超高速弧线球

　　弧线球示意图

　　弧线球是如何在空中拐弯的呢？

　　主要是伯努利原理在起作用，简单说就是“气流速度快的地方压强小，气流速度慢的地方压强大。”

　　如图，当足球在空中一边飞行一边旋转的时候，其一侧空气转动的线速度和球的前进速度叠加，使得迎面气流相对速度增加；而另一侧情况恰恰相反，自转线速度和前进速度部分抵消，气流相对速度被削弱，从而使球的两侧气流相对球的速度不同。根据伯努利原理，空气流速度大的一侧会形成一个低压区域，而另一侧则形成高压区域。足球两侧压力差的结果就导致，球受一个从高压区指向低压区的合力作用，这个合力使球偏离原直线运动方向。

　　“说的是什么啊，我也没看懂啊！”

　　那么我们说简单一点，设想一下，有个小朋友跟着一个超级大的足球一起向前运动，当球体本身不转动的时候，他无论在左侧还是右侧，都会受到同样迎面而来的空气流拂面。而当球体本身开始高速旋转时，在右侧的他会发现足球转动所产生的风力能够部分抵消之前的拂面气流；而在左侧时，他将同时受到拂面气流和足球转动所带动的风力两者的叠加作用。这就是为什么足球在旋转时，两侧流体速度不同，进而最终导致了上文提到的压力差，使足球按照弧线飞行。

　　综上所述，踢出弧线球的秘诀主要在于球的旋转，球旋转的越快，两边的空气压力差越大，球的弧线也越明显。同时，由于里约的空气密度大于拉萨的密度，那么在同样旋转速度的情况下，里约的足球将遇到比拉萨更多的空气，受到的压力差也越大，所以就会飞出更大的弧度。也就是说，里约的足球高手，想在拉萨也踢出高水平的弧线球，难度要大很多！

　　2014年，阿根廷1-6输给玻利维亚，梅西在海拔3630米的高原球场也很难靠超级弧线球取胜。

　　为什么体育运动中大多数的球都不是纯圆的呢？

　　从历史的角度看，很多球类在发明的时候，都是以皮革内部填充羽毛制成的，所以本来就不光滑。后来随着技术的发展，可以使用橡胶或塑胶来代替皮革制成光滑纯圆的球体了。但是，人们发现，在使用纯圆的球进行比赛时，球飞行的速度和距离都比以前大大降低了！

　　这是为什么呢？

　　下图显示的是光滑的球体和粗糙表面的高尔夫球在空中飞行时的空气流动轨迹，球体后端的小圆点所在区域，就是飞行时的阻力区。阻力区面积越大，飞行时受到的阻力就越大。所以，在球快速飞行时，表面粗糙一些，反而受到的阻力会减小。

　　光滑球体的流线轨迹

　　粗糙球体的流线轨迹

　　“小编，你确定吗？不是应该表面越光滑，阻力越小吗？”

　　其实球在高速飞行时，球附近的空气分子会贴着球走一段后，再脱离球面，这种现象叫边界层分离。边界层分离越早，球所受到的阻力就越大。当球表面粗糙的时候，会在粗糙的位置产生一些小的漩涡，这些漩涡可以吸引附近的空气分子，所以会让边界层分离推后，阻力就变小了。所以，“粗糙”的球体要比“纯圆”的球体阻力更小，飞得更快更远。对于光滑的高尔夫球，一杆最多飞行数十米，而粗糙的高尔夫球一杆可以飞行二百多米。

　　同时，“粗糙”的表面还可以造成不平衡的“飘忽晃动”，足球中的“电梯球”，排球中的“飘球”，棒球中的“指叉球”等等，都是利用了这种不平衡，具有极佳的观赏性。

　　“小编啊，你是不是漏掉了乒乓球啊？！乒乓球就是纯圆的啊！”

　　没错，可能由于乒乓球本身已经够快了，毕竟双方离得太近了，如果做成粗糙表面，速度再快的话可能就只有中国人能玩了。