用物理學知識踢足球

黃淑芬

2017年12月18日，清華大學教授葛惟昆在HiTC演講大會上，用專業(yè)的物理學知識分析了足球體的材質(zhì)與表面狀態(tài)、點球的進球率、“電梯球”急速下墜的原理、同一初射角的不同初速的比較等。令人耳目一新的足球物理學受到了很多球迷的追捧，也讓葛惟昆教授迅速走紅。

今年75歲的葛惟昆是土生土長的北京人，從北京大學物理系畢業(yè)后，他去了英國的曼徹斯特大學留學。一次，他在校園里散步，路過體育場時，看到那里正在進行足球比賽，在好奇心的驅(qū)使下，他駐足觀看。那次之后，每到周末，他都會到體育場去看踢足球，就這樣，他慢慢地喜歡上了足球。

從20世紀90年代開始，每次看球賽，葛惟昆都會用筆記本畫下每支球隊踢球、進球所經(jīng)過的路線，并且還畫出了足球落下的狀態(tài)和圖形。然后，他親自到球場上，按照筆記本上記下的踢球樣式反復進行實驗。

真正讓葛惟昆從物理學的角度去研究足球，緣于一場中國隊的世界杯預選賽。在那場比賽中，盡管中國隊拼盡了全力，卻還是被攔在了世界杯的大門外。那天，葛惟昆坐在電視機前嘆息之余，不禁在心里問了無數(shù)個為什么：中國是足球的發(fā)源地，究竟中國隊缺少什么呢？

葛惟昆帶著這些問題，走進球場，他一次次將足球踢起，記錄球的角度及下落的速度。那時他發(fā)現(xiàn)，初射角同為45度，卻有著不同的初速。他趕緊把得出的數(shù)據(jù)畫在坐標上，拋物線讓“同一初射角的不同初速的比較”一目了然。

那段時間里，葛惟昆專注于自己的足球物理學研究。有一天，他已經(jīng)上床休息了，但靈感忽然涌出，他顧不上冬夜的寒冷，起床披上衣服，在書桌前不停地寫畫起來。為了使自己畫出來的東西更具有說服力，第二天他又到球場，一邊踢球，一邊改進研究出來的數(shù)據(jù)。

但是，千百年來，世界各國的球員們都是一樣踢球的，用物理學的角度去踢球，真是聞所未聞，所以葛惟昆的做法被體育系的一些老師認為是“紙上談兵”。有一次，為了證明球是直線射進球門快，還是弧形踢進去更快，葛惟昆與體育老師們爭得面紅耳赤。最后，他拉上體育老師到球場上驗證，只為了證明他的答案是對的。

2014年，葛惟昆根據(jù)多年論證得出的數(shù)據(jù)，錄制了一部名為《足球運動與科學》的視頻課程。課程里對各種球進行了詳細的分解，比如為什么“香蕉球”會以詭異的弧線拐進球門。為了論證“香蕉球”，葛惟昆仔細地反復觀看貝克漢姆是如何踢“香蕉球”的。從起腳到踢出球，再到球拐進球門的時間與速度，他準確地計算出一組組數(shù)據(jù)。在得出數(shù)據(jù)后，他又馬上去球場進行實驗。經(jīng)過千百次的親身體驗，他終于得出了旋轉(zhuǎn)的球體在飛行中因馬格努斯定律而產(chǎn)生了偏轉(zhuǎn)，這才使得“香蕉球”能夠拐進球門。

“電梯球”則是通過運動員的腰部和小腿發(fā)力，讓足球初速度很快，同時不旋轉(zhuǎn)，最后突然落下?！半娞萸颉笨此戚p松，但在球場里的操作中，葛惟昆發(fā)現(xiàn)，腰部和小腿發(fā)力，還是不能用同等的力。所以，速度不是不夠快，就是球旋轉(zhuǎn)了。為了實驗這個“電梯球”，葛惟昆常把自己腿上弄得傷痕累累。最后，憑著韌性，他把這個難關(guān)拿下了。

走紅后的葛惟昆，每天依然在研究足球。他說：“我希望‘物理+足球’理論能夠給球員們帶來幫助，哪怕只是一個小小的改變，也要堅定信念，做給懷疑自己的這個世界看看。”