足球运动中的科学

南非世界杯足球赛日益临近,许多球迷早已为即将到来的赛事激动不已,部分顶级发烧友则将飞赴南非现场观赛.当然,更多的球迷是守在电视机前观看比赛.在世界杯比赛到来之前,我们先要了解一些足球运动的基本知识,其中的科学知识更不可少,可以让我们把比赛看得更加明明白白.

寻找最佳的发球角度

当足球运动员发出一个长长的边线球时,一般想要足球运行得尽量远些,绕过身边的对手,传到远处的自己人脚边.球被踢出后运行的距离依赖于被发出时的速度和发球的角度.英国布鲁奈尔大学的研究人员发现,运动员手臂和背部的肌肉更多地允许他水平而不是垂直地出力发球,因此运动员边线发球时,发球的角度一般在30度左右.为了总结发球最适宜的角度,研究人员首先从优秀运动员的录像数据中得到一个表达式,它联系发球速度和发球角度,然后把这个发球速度表达式代入发球角度的物理相等式.通过绘制图表,研究人员计算出发球的最佳角度是30度.当然这个角度因运动员力气不同稍有改变,但是对大多数运动员来说,25度到30度之间是最佳的发球角度.

“香蕉球”让守门员难以抵挡

早在1954年世界杯上,巴西球星迪迪就以一脚弧线球射门闻名.由于弧线球的行走路线有些像弯弯的香蕉,因此又称为“香蕉球”.“香蕉球”的成因如下:当足球旋转时,在旋转的足球的一侧,气流方向和球运行的方向相同,使压力减小;但在另一侧,球的表面运动和气流方向相反,使压力增加;两种不同方向的压力共同作用,产生一种侧力,使得足球沿弧线飞速前进.“香蕉球”为什么会让守门员难以抵挡呢?这与足球的速度和人的视觉反应速度有关.人的视力具有“后像”的特点,视觉神经传输给大脑的其实是0.3秒之前的影像.关于足球球速的数据并不是很多,据说巴西人罗伯特・卡洛斯曾自称自己踢出的香蕉球速度高达170千米/小时,以此推算,足球在0.3秒内的飞行距离达到将近14米.也就是说,在守门员的大脑接收到由眼睛传来的影像并做出反应时,足球已经又飞行了14米.可想而知,如果不是预先有所判断,单凭本能反应想要挡住足球几乎毫无可能.

传感器探测比赛用球

足球运动中的科学不仅和球员有关,和足球器材的关系也与日俱增.比如世界杯用球就必须经过一系列测试考验.样球必须用传感器探测,每个足球都必须是完美的球形.在测试中,样球必须被加速到每小时50千米,共3500次射向一块钢板,最后还要被塞进一台内部用粗糙砂纸衬垫的洗衣机里经受考验.令世界杯用球制造者特别自豪的是,测试显示,现在的足球比过去任何一个都飞行得更加精准.因为以前的足球在遭到球员一脚猛踢时,气门芯周围的部分往往会失去控制.如今的世界杯用球可以避免这个问题,使球飞得更加稳定.