香蕉怎么畫:如何通俗易懂地理解香蕉球的原理

出品香蕉怎么畫:科普中國

香蕉怎么畫:如何通俗易懂地理解香蕉球的原理

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制作:寒木釣萌
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監制:中國科學院計算機網絡信息中心
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普通人是可以踢出香蕉球的,下面我們說方法 。
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繞過人墻的香蕉球,猜猜踢球的是誰?
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2018年俄羅斯世界杯期間,少不了一些精彩的或失敗的香蕉球,為給您的看球助助興,今天咱們就來聊聊它,學學它 。
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世界杯賽場上的香蕉球現象,并非足球獨有,實際上,看完本回答您會發現,香蕉球的原理跟很多現象都是相通的,比如轉子船 。
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圖為轉子船 。
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船上那4個高大的圓柱子有何用?是煙囪嗎?它們又跟足球中的香蕉球有什么關系?
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同樣是球,乒乓球中其實也有香蕉球現象,這就是旋球 。
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綠蔭場上,精彩絕倫的香蕉球只有球星才能踢出來,但乒乓球很多人是打過的,旋球也是玩過的,玩到極致,甚至能讓對方因為錯誤判斷球的走向而摔一跤 。
在物理學上,香蕉球是一種“馬格努斯效應”,而要理解這種效應,最簡單粗暴的辦法是使用另一種原理,即伯努利定理 。
兩個氣球擺在你面前,你沒有珍惜,而是使勁一吹,按理,氣球應該被吹開才是,但是……
兩個氣球卻緊緊靠在了一起,這是因為從兩個氣球之間吹氣,中間氣流速度加快,而伯努利定理說的是,流體的流速越快,壓力就越小 。
當兩個氣球間的氣壓變小了,周圍的正常大氣壓就把它倆壓在一起了 。
香蕉球現象又跟伯努利定理有什么關系呢?原因是,要想踢出香蕉球,前提是得讓足球旋轉起來 。先來看一個從高壩上扔籃球的例子 。
動圖取自Veritasium的視頻
旋轉的籃球從高壩上落下時,由于“香蕉球”現象,其橫向飛了很遠很遠 。原因如下圖:
上面動圖中,足球在旋轉時,球的上方,球面的運動方向與氣流方向相反,由于球面的摩擦作用,上方的氣流速度減慢了,這會導致上方氣壓大 。
而球的下方,球面運動方向與氣流相同,由于球面的帶動作用,氣流速度增加,導致下方氣壓小 。
再來看一個氣流方向相反的例子 。
如上圖,我們不難分析出:下方氣壓大(氣流減慢),上方氣壓小(氣流加速),那么壓力差就會推動球往上走 。
足球、網球和乒乓球等,只要其旋轉速度夠快,都會出現綠蔭場上的“香蕉球”現象 。
動圖取自Veritasium的視頻
從上面的分析,我們很容易得出這樣的結論:
如果你想讓足球直線前進一段距離后,逐漸往左飛從而打進球門,那么在踢球時,應該從足球的右下發力,只有這樣,足球才能左旋,也就是逆時針旋轉 。
簡而言之,左旋,足球往左飛,右旋,足球往右飛 。
轉子船,圖片來自Dragos Baltateanu 。
本文開頭,我們提到了轉子船,其是利用“馬格努斯效應”為自己提供部分動力,而原因如下:
帆船最適合在順風的情況下行駛,而轉子船最適合側風的情況 。如上面的動圖,為便于描述,我們以圖片所示方向為準 。大風從上往下吹,而船上的轉子為逆時針旋轉,這導致轉子前后出現氣壓差,轉子后方的氣壓大于前方氣壓,壓力作用在轉子上,推動船前進 。
這里,有網友會問,如上圖,如果風是從下往上吹,那船豈不是要倒退?不會,因為我們可以很容易地將轉子從逆時針轉,變成順時針轉 。
綜上,香蕉球現象是一種馬格努斯效應,而為了簡單理解這種效應,我們又引入了伯努利定理 。不過,我們需要注意的是,馬格努斯效應還有更深層的解釋,但它涉及到湍流、尾流以及邊界層等流體力學術語 。看球本是一件輕松的事,咱們就不往更深處探索了 。
猜猜踢出這球的是誰?
【香蕉怎么畫:如何通俗易懂地理解香蕉球的原理】祝大家看球愉快!