“香蕉球”“電梯球” 物理學角度看世界杯

足球是飄動的幽靈，其奧秘就在瞬間靈性的把握。出色的球星通過控制腳法，駕馭球的旋轉方向和力度，獲得理想的線路和落點，達到預期結果。

“電梯球”和“香蕉球”是任意球的兩種不同類型，前者以皮爾洛和C羅為代表球員，后者以卡洛斯和貝克漢姆為代表球員。

主罰球員突然一記猛射，足球繞過“人墻”，眼看就要偏離球門卻又轉過彎來直奔球門，守門員剛要撲球，球已應聲入網。能踢出這種路線是弧形的“香蕉球”的球員可沒有魔法，而是通過不斷練習，以流體力學的原理讓對方守門員望球興嘆。

“香蕉球”為什么能以弧線飛行？以右腳球員為例，當球員用右腳內側“搓”球時，由于與腳內側的摩擦，足球在向球門方向運動時會產生逆時針方向的旋轉。當球轉動時，空氣就與球面發(fā)生摩擦，在球周圍產生與球旋轉方向一致的氣流。

由于足球向球門方向運動，旋轉方向為逆時針，而球左側摩擦產生的氣流的流動方向與飛行中迎面遇到的氣流方向相同，因此球左側的空氣流動速度較快。與此同時，球右側的這兩股氣流的方向相反，所以球右側氣流速度較慢。

流體力學中的伯努利原理認為，在流水或氣流里，如果流速慢，對旁側的壓力就大，如果流速快，對旁側的壓力就小。依據這一原理，右腳內側搓起的“香蕉球”在飛行時會感受到一個橫向的壓力差，形成橫向作用力（即馬格努斯力），使原本向右飛行的球逐漸向左偏轉。反之用左腳內側搓起的“香蕉球”則先向左飛再向右偏轉。

除去風向、風速和氣壓等外界因素的影響，就球員本身來說，球與落點之間的距離、出球的作用力、腳與球的接觸時間、出球作用力方向和球心連線的夾角等都會對“香蕉球”飛行時的橫向作用力產生影響。

一般來說，球員的出球角度都是比較固定的，但由于球在飛行過程中還要受到空氣阻力的影響，球員必須大力將球以很快的初速度踢出。例如，足球在空中飛行的平均速度通常在每秒25米左右，而“香蕉球”高手卻能以每秒35米的速度將球踢出。

“迅速升到六樓，卻又急速降到一樓”，這是意大利著名媒體《米蘭體育報》對“電梯球”的描述，雖然這一段描述有夸張之嫌，可卻是對“電梯球”這種足球神技的形象描述，讓我們印象深刻。

“電梯球”由于球身旋轉速度很小，腳力幾乎全部作用在了前行方向所需的動能上，皮球凌空的瞬間就獲得了高速，剛開始皮球高速直線前行，但隨著空氣作用于流線型的球體表面，皮球任意一個位置都能產生氣壓差，直接導致皮球運動線路飄忽不定，忽左忽右，甚至忽上忽下。

最先被形容為“電梯球”專家的人是意大利著名球星皮爾洛，他曾在意甲聯(lián)賽中多次攻入電梯球，不過皮爾洛本人謙虛地表示自己也是從比賽中學來的，他學習的對象是小儒尼尼奧，因此公認的“電梯球”鼻祖就是巴西人小儒尼尼奧，他被圈內譽為“落葉球之王”。

C羅可謂“電梯球”的集大成者，多次在比賽中上演任意球破門的好戲。相比皮爾洛，他的“電梯球”力度更大，空中搖擺的幅度也更大，堪稱C羅牌獨家“電梯球”。

C羅能夠不斷憑借“電梯球”進球，很大原因和他的招牌動作有關：每次他射門前都會目測好球門到球的距離，然后跑動過程中在觸球前有個習慣性的停頓動作，用來給右腳小腿鉚勁，瞄準部位后再猛然發(fā)力。C羅的體能教練認為：他的肩膀和兩胯之間的角度相當精準，所以嚴格控制了皮球運行的軌跡。

曾有媒體報道過生物力學專家的一份研究報告，報告結果顯示，一名專業(yè)球員射門時球速在87 .4公里/小時到95.76公里/小時之間，并且得出結論：很少有人能夠超越這個極限范圍。

然而在2009年歐冠小組賽皇馬對蘇黎世的比賽結束后，專家通過慢鏡頭回放發(fā)現C羅以定位球破門得分時，球速竟然達到駭人聽聞的103公里/小時。

清華大學物理系教授葛惟昆在“足球運動與科學”課上詳解了兩種任意球的區(qū)別、不同原理，以及在生活中的其他類似例子。

和“香蕉球”原理非常類似的，是乒乓球中的弧圈球;與“電梯球”類似的原理，也出現在排球和棒球。在棒球比賽中，使用類似“電梯球”的技巧，令擊球員產生誤判進而揮棒，但棒球的軌跡卻發(fā)生改變。葛惟昆介紹，C羅開“電梯球”前，在擺球時非常小心謹慎，一般是讓氣門芯的位置正對腳的觸球面。“從氣門芯踢出去，速度最大。”葛惟昆表示，這個細節(jié)可能是他個人習慣，但也有技巧原因。

葛惟昆介紹，足球表皮材質、縫線也會對運動軌跡造成影響。實驗數據表明，與光滑的球體比較，低速時足球受到的阻力更小，高速時受到的阻力更大。因為在到達臨界速度之上，球表面薄薄的邊界層變得不穩(wěn)定，這與球面的粗糙程度相關。

一個廣為人知的例子是高爾夫球表面的小凹坑，表面有凹坑的高爾夫球比原來光滑表面的球飛得更遠。這些小凹坑意在減少臨界速度，使高爾夫球在人們可以達到的飛行速度范圍內，受到的阻力變小，飛得更遠。足球縫合處的凹陷也起到同樣作用，使邊界層達到不穩(wěn)定的球速會小一些。