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看完热闹看门道——奥运中的科学（十九） 科学松鼠会 发表于 2008-01-19 0:00 摘自《奥运中的科技之光》，赵致真著。经赵致真先生授权，科学松鼠会网络发布，转载请 注明。 “球的旋转必然带来飞行轨迹的弯曲，旋转和曲线共存，这大约可以视为球类运动的一个通 则。” 从“香蕉球”说开去 绿茵场上经典的任意球常常成为电视台反复播放的精彩瞬间。随着一记劲射，足球在绕过“人 墙”眼看要飞出场外时却又魔幻般拐过弯来直扑球门，这就是神秘莫测、防不胜防的“香蕉球”。 打从贝利1966 年在伦敦世界杯赛中踢出了第一个“美丽的弧线”后，“香蕉球”便成为越来越 多大牌球星们的基本功底和拿手好戏。被誉为“万人迷”和“英格兰圆月弯刀”的贝克汉姆一次 次用最优雅的“贝氏弧线”博得世界的喝彩，“金左脚”卡洛斯的“炮打双灯”为足球史留下了一 段佳话，而“绿茵拿破仑”普拉蒂尼踢出的“香蕉球”横向飘移量竟达5 米之多，使他成了至今 无人挑战的“任意球之王”。 医学研究表明，人的大脑在接受和处理视觉信号时有一个延迟系数。我们很大程度上依靠从 小就习惯的抛物线轨道来预测物体的飞行方向，而在空中自动拐弯的“香蕉球”足以让最老练 的守门员判断失误。按照谢菲尔德大学研究者的话，“等看到球越过人墙时，也许就已经进网 了。” 阿根廷队里克尔梅任意球射门 “香蕉球”为什么会在飞行中拐弯？这里不妨先从流体 的粘滞性说起。当我们把手伸进水中再拿出来，手的表 面会粘上一层水。同样，球的表面也附着一层薄薄的空 气，当“香蕉球”一边飞行一边自转时，会带动表面的空 气一起旋转,其中一侧转动的线速度和球的前进速度相 加，使得迎面气流受到较大阻力，另一侧情况则恰恰相 反，自转的线速度和前进速度相减。于是带来了球的两 侧气流速度不同。根据伯努利原理“流速越快压力越 小”。“香蕉球”便受到一个侧向的力，也称“马格纳斯 力”，导致了飞行轨迹的弯曲。伸出右手，用食指表示 球的飞行方向，蜷曲的三指表示球的旋转方向， 与食指水平垂直的拇指则表示“马格纳斯力”的 方向。 古斯塔夫.马格纳斯是德国物理学家，他曾在 1852 年研究过旋转的炮弹和子弹所受到的侧 向力。此后，物理学大师汤姆森作过一个著名 的实验：让空气流过以不同速度旋转的球体时， 将U 型玻璃管两端贴近球面的两侧，通过观察 U 型玻璃管内两边液面的变化来测定球体两侧压力的差异。 汤姆森的试验 其实早在1954 年世界杯赛中， 巴西足球前辈迪迪就已经踢出 了弧线球，不过那是叫“干树 叶”。英国谢菲尔德大学甚至研 究了为什么是南美人而不是欧 洲人发明了香蕉球。他们确信， 过去的足球用皮革制成，极易吸 收水分而增加重量，使得旋转后 的弧线效果大打折扣。南美气候 比起欧洲干燥，因此“香蕉球”的 弧线效应更加明显和易于被人 发现。事实也证明，随着布满微 型气泡的防潮防水合成材料取代了天然皮革，随着热粘合技术制造的14 拼块足球取代了手 工缝合的26 块或32 块六边形拼成的传统足球，踢出“香蕉球”的难度大大降低了，弧线效应 也越来越显著和强化，新款足球“飞火流星”“团队之星”问世时，都曾被称作守门员的“杀手” 和“噩梦”。 足球制造 现在让我们把视线从绿茵场转到乒乓球桌上，这里大展 雄风的“弧圈球”其实是另一种弯曲度向下的“香蕉球”。 当对方来球下降时，让手中的挥拍速度达到最大值。击 球瞬间通过“用手腕拧球”，尽量将球“吸”在胶皮上，使 摩擦力大于撞击力。这样打出的急剧上旋球便会产生马 格纳斯效应，球的飞行路径即“第一弧线”向下拐弯，弹 起后的“第二弧线”则低沉平直，并急剧前冲和迅速下 坠，令人难以招架。 弧圈型上旋球是日本人中西义治从拉攻技术中分离出 来的。上个世纪五十年代，欧洲削球曾经雄霸世界乒坛， 别尔且克、西多等名将的“加转球”号称“只有起重机才 能拉得起来”。而日本运动员发明的弧圈型上旋球却在 二十世纪六十年代大破欧洲削球高手组成的联队。经过 多年嬗变和演进，今天的弧圈球已经成为世界乒坛最富攻击力的主流技术。 马格纳斯力的影响还突出表现在棒球、网球和高尔夫球比赛中。球的旋转必然带来飞行轨迹 的弯曲，旋转和曲线共存，这大约可以视为球类运动的一个通则。但高尔夫球宁可不要光洁 的“面孔”，却选择一张“麻子脸”，让浑身布满500 来个小坑，其中还有更多的奥妙。原来高 尔夫球在飞行过程中，附着于表面的空气“边界层”会在球的尾部脱离并产生漩涡，形成“低压 区”。球的