“香蕉球”與反坦克導(dǎo)彈

在球類運(yùn)動(dòng)中，為何“香蕉球”總能出奇制勝？為何乒乓球能在乒乓球臺(tái)上“加轉(zhuǎn)”，打出或急促下墜，或高速上旋的絕妙“弧圈球”？為何排球看似偏離軌道，卻能在空中曲線回轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確無誤指哪打哪？還有，足球運(yùn)動(dòng)員在綠茵場(chǎng)上的一腳飛踢，為何能讓球在空中拐彎，繞過防守直擊球門？這些看似違背常理的“神操作”，其實(shí)都?xì)w功于馬格努斯效應(yīng)。

1852年，德國(guó)物理學(xué)家古斯塔夫·馬格努斯發(fā)現(xiàn)了一種非線性的復(fù)雜力學(xué)現(xiàn)象：當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的物體在流體（比如空氣）中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)因流體速度的不同而產(chǎn)生一個(gè)垂直于運(yùn)動(dòng)方向的橫向力，這種橫向力也被稱為馬格努斯力，可使物體飛行軌跡發(fā)生偏移。以乒乓球?yàn)槔?，球在“加轉(zhuǎn)”后，順氣流旋轉(zhuǎn)的一側(cè)空氣流速更快、壓強(qiáng)更低，逆氣流旋轉(zhuǎn)的一側(cè)則相反，壓強(qiáng)差產(chǎn)生的橫向力不斷拉扯球體，最終形成“香蕉形”的弧圈軌跡。運(yùn)用這一原理，網(wǎng)球、棒球、高爾夫球等球類運(yùn)動(dòng)員們，都可以通過精準(zhǔn)控制發(fā)球或擊球時(shí)的旋轉(zhuǎn)，使球在飛行過程中產(chǎn)生預(yù)期的偏轉(zhuǎn)，調(diào)整球的運(yùn)動(dòng)軌跡，增加對(duì)手的接球難度。這在豐富了競(jìng)技策略的同時(shí)，也提升了比賽的趣味性和觀賞價(jià)值。

事實(shí)上，馬格努斯效應(yīng)的妙用不僅限于競(jìng)技體育。透過一顆飛旋的球，你能否聯(lián)想到一些別的東西？比如一顆反坦克導(dǎo)彈。

與網(wǎng)球、排球類似，反坦克導(dǎo)彈同樣是在流體（空氣）中運(yùn)動(dòng)，受到馬格努斯效應(yīng)的影響。只不過在軍事領(lǐng)域，我們的目標(biāo)并非“加個(gè)轉(zhuǎn)”讓反坦克導(dǎo)彈像球一樣曲線飛行或回旋命中，而是依據(jù)不同的使用場(chǎng)景，通過精確的氣動(dòng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)導(dǎo)彈，以應(yīng)用馬格努斯效應(yīng)。譬如，通過導(dǎo)彈彈體的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生馬格努斯效應(yīng)，來減少風(fēng)力對(duì)彈道的影響，增強(qiáng)導(dǎo)彈的飛行穩(wěn)定性，使導(dǎo)彈在高速飛行或復(fù)雜氣流條件下保持飛行姿態(tài)，提高射擊精度和命中率。倘若馬格努斯力過大，對(duì)導(dǎo)彈的命中精度產(chǎn)生不利影響時(shí)，工程師也會(huì)采取優(yōu)化彈體形狀、調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度等措施，減小馬格努斯力。

除此以外，這種對(duì)于馬格努斯效應(yīng)和馬格努斯力的應(yīng)用，還被運(yùn)用到了航空航天、工業(yè)制造、船舶工程等領(lǐng)域?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)打造的“旋轉(zhuǎn)飛行器”，利用馬格努斯效應(yīng)能夠產(chǎn)生額外的升力，減少對(duì)傳統(tǒng)翼面的依賴；研發(fā)生產(chǎn)的“風(fēng)力渦輪機(jī)葉片”，借助馬格努斯效應(yīng)可以捕獲更多風(fēng)能，提高風(fēng)力發(fā)電效率；由德國(guó)工程師安東·弗萊特發(fā)明的“弗萊特轉(zhuǎn)子帆”，成功將流速差形成的壓力差轉(zhuǎn)化為船舶前進(jìn)的推力，輔助船舶航行。通過不斷調(diào)整轉(zhuǎn)速與方向，“弗萊特轉(zhuǎn)子帆”還可以改變船舶前進(jìn)的推力，以適應(yīng)不同的航行條件，減少船舶的燃料消耗，對(duì)于推進(jìn)可再生能源發(fā)展、綠色低碳發(fā)展而言具有重要意義。

如今，馬格努斯效應(yīng)儼然成為流體力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究中的一個(gè)重要課題，它幫助科學(xué)家深入理解流體與固體相互作用的復(fù)雜過程，也有力地推動(dòng)著科技進(jìn)步與創(chuàng)新，在能源開發(fā)與利用、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與發(fā)展、跨學(xué)科研究等方面發(fā)揮重要作用。