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绕过人墙、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球”？******

　　又到了四年一度的世界杯

　　不知道大家是否还记得

　　2018届世界杯中

　　葡萄牙和西班牙相遇的小组赛

　　C罗在最后时刻力挽狂澜

　　踢出被解说员叹为

　　“翩若惊鸿，宛若蛟龙”的

　　“C型”任意球，扳平比分

　　被踢出的球为什么会迅速升降？

　　又为什么会“拐弯”呢？

　　首先我们来了解一下任意球

　　任意球是啥？

　　任意球是罚球的一种。它是一种在足球（或手球）比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法。

　　任意球分两种：直接任意球，踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分；间接任意球，踢球队员不得直接射门得分，球在进入球门前必须被其他队员踢或触及。判罚前场任意球后会使用一种泡沫喷剂划定球的摆放位置，以及人墙的站位，发任意球时需要用手触球，然后在裁判哨响后踢球。

　　香蕉球？能吃吗？

　　事实上，C罗踢出的这种任意球在足球比赛中并不少见。

　　在1997年，在巴西对法国的一场足球比赛中，巴西足球运动员Roberto Carlos，在没有通向球门的直接路线的情况下，从35米外开出一个任意球。他的射门使球飞过球员，并在快要出界的时候急转向左，砸入球门。

　　图源：网络 香蕉球图解

　　球的突然拐弯让在场球员，特别是法国守门员根本来不及反应。这个史上最漂亮，最具标志性和最违反物理学定律的任意球，被叫作“香蕉球”。法国物理学家对此研究了数年，终于用“马格努斯效应”解释了这个问题。

　　马格努斯效应

　　图源网络

　　当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象。这是流体力学中的一种现象。

　　图源：陕西师范大学物信院 马格努斯效应示意图

　　旋转物体之所以能在横向产生力的作用，是由于物体旋转可以带动周围流体旋转，使得物体一侧的流体速度增加，另一侧流体速度减小。

　　是不是听得云里雾里？

　　香蕉球轨迹

　　球在气流中运动时，如果其旋转的方向与气流同向，则会在球体的一侧产生低压，而球体的另一侧则会产生高压。运动员的用力方向朝右，所以足球逆时针旋转。拐点处足球左侧产生低压，右侧产生高压，这样就导致足球存在横向的压力差，并形成向左侧的力。

　　图源：NKPhysics

　　根据物理公式，距离越远，速度越慢，球偏离角度也就越大。因此，我们能看到在香蕉球运行的末尾时刻，会发生更剧烈的偏转，给守门员一个巨大的“惊吓”。

　　我也能踢出和C罗一样的球吗？

　　回到文章开头提到的C罗“力挽狂澜”的任意球，这一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念，同时也混合了“电梯球”，即指大力踢出的足球，下落很快，像是从电梯上下坠，它实际上是高速飞行的足球受到重力和大雷诺数阻力下的运动轨迹。

　　图源： 中国物理学会期刊网 皮尔洛的“电梯球”

　　葛惟昆教授解释说：“踢出电梯球的一大关键要素，就是球的初始速度要快。”要踢电梯球，球的初始速度应该接近150公里/小时，没错，就是一辆车在高速公路上狂飙的速度。

　　图源：科学世界

　　研究人员在进行场景模拟时发现，要想让100公里/小时以上速度的任意球避开人墙（假定在距离约9米远的位置有5名身高1.8米的对方球员并排）成功射门，球离开地面时与地面的夹角必须控制在15°～17°之间，也就是仅有2°的精度范围（在距离球门25米的位置，踢出转速为每秒8转的侧旋弧线的情况）。

　　如果是足球，以每小时90千米的速度每秒旋转8转，球会在这个距离内弯曲3米以上。

　　图源见水印

　　而踢出弧线的关键在于，落脚点在偏离球心的位置，偏离球心的幅度越大，球的转速越快。有研究人员称，安德烈亚皮尔洛等优秀的任意球球员会使球的旋转轴倾斜角度大于侧旋，让马格努斯力倾斜向下发挥作用，从而踢出“球速快、大幅弯曲的同时又急剧下沉的”球路。

　　资料来源：科学世界、中国物理学会期刊、科技日报、天津科普说、NKPhysics

　　整理：董小娴

三体母星半人马座阿尔法星 为何受到科幻题材作品热捧？******

　　“三体”运动有没有解？这是科幻小说《三体》一开始就引入思考的问题。随着电视剧《三体》剧情推进，将展示一个距离地球4光年外有高等智慧生命存在的星系，一颗经历了无数次毁灭与重生、在三颗无规律运动“太阳”的包围下艰难存在的星球，它被称为“三体星”。

　　现实世界的“三体”真实存在，并很早就为人类所熟悉，那就是距离我们最近的恒星系统——半人马座阿尔法星，这不仅是刘慈欣《三体》的原型，也是卡梅隆《阿凡达》中巨大气态行星“波吕斐摩斯”及其炎热的卫星“潘多拉”的灵感来源。此外，在《流浪地球》中，地球“流浪”的目的地，也是半人马座。

　　在不少文学、影视和其他文艺形式幻想中，半人马座阿尔法星都是“宠儿”一般的存在，它有着怎样的魅力和光环，让这么多顶级的作者倾慕于它？

　　三颗“太阳”包围的世界

　　距太阳系最近的恒星系统

　　半人马座阿尔法星是一个三星系统，也是距离太阳最近的恒星系统。科学家们将这三颗星分别命名为半人马座阿尔法星A、半人马座阿尔法星B以及比邻星。比邻星，顾名思义，就是离我们最近的一颗恒星，距离太阳系4.22光年。

　　在这个三星系统里的另外两颗恒星，距离我们则相对较远。在《阿凡达》中，故事发生的“波吕斐摩斯”星就是围绕半人马座阿尔法星A运转，是一颗巨型气体行星，类似于太阳系的木星。而“潘多拉”则是围绕“波吕斐摩斯”的卫星。

　　但是早在2008年，国外科学家就通过观测，排除了半人马座阿尔法星附近有类似木星或土星大小的行星存在的可能性。同时，也与《三体》中描述的无规律三星运行不同，半人马座阿尔法星的三颗恒星，是一个能够预测轨迹的相对简单的系统。

　　为何幻想题材总是把目光聚焦于此，这可能和我们对这个“邻居”的密切研究有关。因为离得近，获得的科学信息就显得更加可靠。早期的天文研究就发现，半人马座阿尔法星极有可能孕育生命。

　　因此，带着对地外文明的渴求，越来越多的科学研究将目光投于此星系。在2016年，科学家们在比邻星的周围发现了一颗类地行星——比邻星b，它处于恒星系统的宜居带，大小与地球相似，上面极有可能拥有液态水，一些乐观的科学家们甚至还怀疑上面有生命存在。

　　比邻星b的发现可以说是振奋人心的突破性发现，因为它距离我们相对很近。这意味着在可预见的未来，我们是有能力发射探测器前往这颗星球的，人类可以勘测这颗星球表面是否有液态水甚至生命的存在。而比邻星自身也是一颗相对稳定的“太阳”，作为一颗红矮星，它正处于“太阳”的青年时期，在没有意外的情况下其寿命要大于太阳。

　　霍金曾提“突破摄星”计划

　　有望20年飞抵比邻星

　　对于比邻星的探索，人类早已不只停留在理论。尤其当它离我们相对其他星系更近，在要“凑过去”看一看的好奇心驱使下，让我们的科学不断前进。

　　2016年4月，科学家霍金宣布启动一项名为“突破摄星”的星际计划，他同时也在微博上和网友进行了交流，而这项计划，正是通过发射宇宙探测器冲出太阳系，将人类的视野带往离我们最近的半人马座阿尔法星。

　　这个计划一经公布，令全球民众感到振奋。但就目前最新消息来看，“突破摄星”依然还停留在理论研究阶段，在工程实现上，还存在很多风险因素。

　　简单来说，“突破摄星”计划，是利用“纳米飞行器”，在短短几分钟内加速到光速的五分之一，即每秒飞行6万公里。这样，只需要二三十年的时间，人类飞行器就能到达比邻星。但是在此以前，人类历史上最快的飞行器，每秒大约只能飞行20公里。

　　如何让“纳米飞行器”升空？如何让它以光速的五分之一持续飞行？又如何保证在漫长的20年星际旅途中规避太空风险？这些问题在理论上已得到突破，但在现实工程领域，还有漫长的道路要走。

　　目前，有消息称，科学家计划在2060年实现这一计划，真正冲出太阳系。

　　华西都市报-封面新闻记者 徐语杨

　　(《华西都市报》 2023年01月19日  A16)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）