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計量論壇

標題: “普天同慶” 高原飛行揭秘 [打印本頁]

作者: 上帝 時間: 2010-7-5 23:50
標題: “普天同慶” 高原飛行揭秘

高海拔地區氣壓低，因而作用在球上的阻力及升力也會相應地發生變化

在世界杯上踢球的球員在踢球的時候，可能會發現一些奇怪的現象。因而，美國太空總署的科學家今天提出警示，由于南非約翰內斯堡的體育場，地處高海拔地區，所以球在空中飛行時，所產生的空氣動力效應也很特別。

由于地處高海拔地區，氣壓較低，因而作用在球上的阻力及升力所產生的空氣動力效應也會發生相應反應，最終導致球在空中飛行速度比在低海拔地區快，飛行的路線也更直。約翰內斯堡的海拔高度為5500英尺，丹佛甚至比這更高。

“當球員們在場上打球時，球在空中運行的線路會發生改變，這是因為這里的空氣密度相對于其他場館有所不同，”加州莫菲特菲爾得美國航天局艾姆斯研究中心的航空航天工程師拉比·梅塔（Rabi Mehta）說，“當你最近在看比賽的時候，常常會發現隊員之間的長傳球會傳過頭，我想，可能原因就出在這。”

足球場上的物理學

拉力是一種物體在空氣中所受到的阻力，它能產生與球運行方向相反的作用力，減緩球的運行速度，而升力則是一種能使物體偏離直線運行軌跡的力。球在在空氣中運行，受到的力，加之球體周圍的空氣粒子少，便會減小。因而，同樣是一腳踢球，與地處海平面球場上的一腳踢球相比，球飛行速度更快，線路也更直。

如果球員懂得了在這種環境下踢球，球所產生的特殊變化，那么他們便會顯露他們的優勢，掌控球的本領，會大大強于不知其中奧秘的人，梅塔說。

“如果他們知道了某些特殊情況下球路會發生的變化，那么他們就會改善他們的踢球技能，” 梅塔在接受“生活科學”(LiveScience)網站采訪時說。“當我們要向外傳球的時候，就必須意識到，‘踢球的時候不能像身處海平面上時那樣用力過猛，不然的話，它就會飛離我們的目標范圍。’”

此外，高原還會對不適應這里氣候環境的球員在生理上帶來重重困難。稀薄的空氣，意味著空氣中含氧量少，會給球員的呼吸造成困難。由于呼吸困難，通過運輸，向正在工作狀態中的肌肉遞送的氧就得不到滿足，造成球員肌肉僵硬痙攣的發生。因而人們需要對環境加以適應，人體才能產生出更多的血紅細胞，以盡可能地攜帶更多的氧滿足人體的重量需要。然而這種適應過程需要時間，所以有的球員需要在高原地區住上一段時間，或提前到達，使適應過程能夠順利完成。

會變線的球

梅塔還對新款的世界杯官方比賽用球，做了一些空氣動力學方面的研究。為舉辦本屆杯賽，阿迪達斯這一新款的比賽用球，名為Jabulani（祖魯語意為“普天同慶”）。新板的足球，與以往往的足球有所不同，其表皮不是由14塊組成，而是8塊組成，因而此種表皮的足球，其粘合處的凸脊具有特殊的空氣動力學特征。

與上屆2006年的世界杯官方比賽用球“團隊之星”（Teamgeist）有所不同，這次的比賽用球，做了一定的調整。當時阿迪達斯在發布此球時曾表示，該球是世界上最精準的比賽用球，但球員在過去的比賽中卻抱怨，它的性能決非如阿迪達斯所表述的那樣。

梅塔表示，“普天同慶”也許與“團隊之星”一樣，有時也會出現球在運行的過程中突然變線。

首先出現的這一問題我們稱之為“knuckle-balling”。這種變線球會在球的運動過程中，球的軌跡會向不明方向發生偏離。產生這種現象的原因，是球在直線飛行的過程中，球體不產生旋轉。（這就有點象子彈一樣，如果子彈從槍膛里出來后，不經來福線加以旋轉，子彈就會在射向目標的方向上發生翻轉，子彈飛不了多遠，也就失去了它應有的殺傷力。子彈的這種旋轉，就是利用了物理學里的 “陀螺旋轉”原理。譯注）

具有諷刺意味的是，這種失去旋轉的球，由于受到空氣動力學方面的影響，會使球從正常的軌跡中發生偏離。這種球的球面并非完完全全地平滑，表皮與表皮之間的粘合部，都存在著接縫，球體表面的不平滑，正是由于有這些接縫處的凸邊存在。球體表面的不規則致使球體在運行過程中，其四周產生不對稱的氣流，致使球體向氣壓小的方向上偏離。（如同飛機的機翼一樣，機翼上下方氣流是不一樣的，上方氣流的速度快，氣壓小，下方氣流的速度相對慢，氣壓大，所以飛機才能在升力的作用下不至于落下來。譯注）

由于這些新球有凸脊的存在，加上它的整體設計的一些缺陷，球員在球門區附近踢任意球時，在正常的出球速度下，很容易就會踢出這種能變線的球來。

這種會變線的球也并非一無是處，有時當球在最后一刻俯沖時，有利于門將將球托出。如果發現某些球員對球的落點預判能力很強時，在使用新球時，你可以相應地做一部分調整（造成對方在判斷上的失誤，譯注），梅塔說。

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