細說世界杯上那些定格的畫面

詭異的“S形任意球”

2010年北京時間7月3日凌晨2點30分，南非世界杯在約翰內斯堡的足球城球場開始了烏拉圭對加納的決賽。在下半場第55分鐘時，加納的禁區右側角外2米，烏拉圭獲得了一個寶貴的任意球機會。烏拉圭隊長弗蘭將球擺好，助跑了4步，用內腳背踢向足球的側下部，“普天同慶”迅速飛了起來，高高越過了三名防守球員組成的人墻。可是，當球越過人墻后，意料不到的事情發生了：突然轉向去了遠角，并高速下墜。原以為只是“香蕉球”而做好接球準備的加納門將金森，頓時失去位置，只能原地跳起，試圖伸展手臂救球，但還是沒能摸到足球的邊——球進了I金森一臉困惑，弗蘭的這個直接任意球被媒體紛紛稱為“S形任意球”。

早在1667年，23歲的牛頓就開始對“香蕉球”進行了研究，并給出了深刻見解：當一個球體在旋轉的時候，一側比另一側更猛烈地擠壓氣體，由此能夠引起更大的阻礙作用。1877年，德國物理學家馬格努斯第一個正確地解釋了該現象：一個沿著對稱軸旋轉的圓柱體，在垂直對稱軸的氣流中會受到一個側向力的作用。1904年，普朗特發現，在流體中的一切物體，無論是飛機、炮彈，還是魚兒、蝌蚪，都裹著一層層看不見的流體衣服，簡稱為邊界層。

在空氣中直線不旋轉滑行的球體也是如此，緊貼著球體的一層空氣就像件緊身衣，形影不離地跟著球體運動，速度的大小和方向與球體相同。在這層緊身衣外面的那層就像件寬松點的襯衫，隨著緊身衣運動，再外面一層更寬松……直到最外面一層，寬松得基本上不隨球體旋轉。

當球體旋轉著前進時，如果站在球體上，我們就會發現，球體總有一面是迎著風勇往直前，另一面則是順著風順坡騎驢。邊界層里的空氣順著球體表面向后運動時，早早就被脫掉甩到后面去了，而順坡騎驢的那一面的空氣在邊界層里能拖就拖，比勇往直前那面晚了許多才被脫掉。這樣，就形成了一個低速區。球體很害羞，總想把赤裸的一面擋在身后，所以就慢慢朝向順坡下驢那一面飛去了，于是形成了“香蕉球”!由此，我們便能看懂弗蘭的那個任意球的特點：“香蕉球”來自于足球的快速旋轉，而快速旋轉來自于他出球時瞬間的抹球，用鞋帶部分觸球能增大球體旋轉的轉速。

如果球體轉速足夠高的話，勇往直前一面的空氣就會裹得很嚴實，流過球表面的速度較低，壓力較大，從而減弱了赤裸部分對應的低速區，球體就會往順坡下驢的一面運動。隨著速度下降，球體又會瞬間轉向勇往直前一面。轉彎的瞬間，轉速相對增加，球體運動的方向就會飄忽不定。因此，弗蘭發出的那個球便出現了詭異的S形。

都是空氣動力學使的壞

南非雖不是喜馬拉雅山脈，也不是安第斯高原，但此次南非世界杯的決賽舉辦地約翰內斯堡的海拔最高達1800米，其他四個比賽場地——比勒陀利亞、布隆方丹、波羅瓜尼和勒斯滕堡海拔都在1150～1450米之間。這高海拔的氣候與氣流對球員的生理、心理乃至整個比賽都是個極大的挑戰。

高原海拔的溫度會對空氣密度產生影響。在垂直方向上，氣溫每上升10℃，空氣密度就會降低3個百分點。而大氣密度的降低，在一定程度上會改變足球飛行的空氣動力學。換句話說，大氣密度的降低會直接影響著足球在空氣中運行的速度和旋轉的弧度。

高海拔究竟會對比賽產生怎樣的影響?我們以一次從禁區外正對球門18米的地方瞄準球門左上角的射門為例。在海平面環境下，這腳射門完成后，足球的飛行速度是每秒22.8米，它將在0.817秒之后越過球門線。而在海拔1700米的高度完成同樣的射門之后，由于阻力與空氣密度是成比例的，球速會超過在海平面環境下的射門，球會在0，801秒之后過界。由于球體下墜的時間被縮短，足球最終將被球門橫梁給擋住。

再以一個從同樣地點以不同方式完成的射門為例。這次的射門要繞過球門前的防守球員人墻，這需要通過運用側旋，生成一種所謂的“馬格努斯力”使球體的運行軌道發生彎曲。在海平面環境下完成射門之后，足球的飛行速度是每秒20米，它會繞過防守人墻的右邊，在1.114秒之后飛入球門左上角。而在約翰內斯堡，由于較低的空氣密度減少了空氣阻力和球體的旋轉效果，這腳射門將會掠過橫梁或者擊中人墻。

因此，在這種情況下，球員就必須了解足球飛行狀況的細微變化，必須比平時瞄準得更低一些，學會踢在球體更低的部位，以制造更快的旋轉速度。習慣了足球在海平面環境下飛行規律的防守球員也同樣需要適應，他們要比平時更快地做出反應，否則，就只能眼睜睜地看著足球從他們張開的手指尖飛入網中。在烏拉圭對陣加納的決賽中，弗蘭的“S形任意球”就是拜高海拔的空氣動力學所賜。

普天似乎并不同慶

南非世界杯的專用足球“普天同慶”也與以往使用的足球不同。相比過去的14塊皮片，“普天同慶”僅有8塊皮片。阿迪達斯首次采用球形制模的方法使每一塊表皮都實現三維立體結構，再以熱粘合技術拼接完成，從而使新球更圓、運行更精準。新款足球表面還有空氣動力學凹槽，且通過了嚴格的風洞測試。總之，穩定性提高了30％。阿迪達斯公司說它是世界上最精準的足球。然而，人們對這似乎并不領情，球員們都抱怨“普天同慶”跟他們習慣踢的足球不同，責怪它不好使，特別明顯的就是大牌球員的長傳球失誤增加。

球員之所以責怪“普天同慶”不好使，是由于它在正常的出球速度下，運動軌跡會向不明方向發生偏離，即為人們所說的“慢速變化球”。“普天同慶”的球面并非完完全全地平滑，表皮與表皮之間的粘合處都存在著接縫。正是由于這些接縫處的凹槽存在及球面的不規則，再加上空氣動力學的影響，致使球體在運行過程中，其四周產生不對稱的氣流，導致球體向氣壓小的方向上偏離。

葡萄牙的C羅正是擅長發出這種很少旋轉的任意球的高手，但在本屆世界杯賽中，真正射出驚世駭俗的慢速變化球，只有日本球員本田圭佑。對丹麥的比賽中，他在距離球門37米的位置，射出時速107千米的任意球，“普天同慶”呼嘯著飛向球門底角，讓丹麥守門員索倫森撲救不及。

完美點球暗存玄機

世界杯上，沒有什么比點球大戰更牽動人心。在本屆世界杯上，烏拉圭隊的阿布魯用“勺子”淘汰了加納隊，繼1970年墨西哥世界杯后，時隔40年后再次殺入世界杯四強。而在塞爾維亞對德國的比賽中，波多爾斯基罰失點球，這是德國人自1974年以來第一次在常規時間內點球不進。

什么樣的點球是不可撲救的，科學家們一直津津樂道。在仔細研究了裝在球網后面的高清晰攝像機錄制的比賽視頻之后，利物浦約翰摩爾大學的凱貝爾教授給出了踢出一記完美點球的具體數據：球越過門線時必須正好在橫梁下方0.5米和立柱內側0.5米的方形區域內；球速必須超過104千米／小時：助跑距離為5～6步：罰球隊員必須從16米處開始助跑，并與球形成20～30度的角度。

在最近一些研究報告中，視覺注意力和視線控制理論為點球的科學研究提供了更多的視角。通過使用頭戴式紅外線眼球追蹤相機，荷蘭的研究人員發現，守門員球衣的顏色也會影響到射門隊員的視覺注意力。切爾西門將切赫就喜歡穿明亮的橙色球衫，因為他相信，這種球衣會吸引對方球員的注意力，使他們更有可能將球直接射向他。英國運動心理學家們證實了切赫的想法，他們安排了40名球員連續一星期面對同一名守門員罰點球。當守門員身著紅色時，點球命中率只有54％；黃色為69％i藍色為72％；綠色為75％。紅色代表危險、掌控或者憤怒，在緊張氣氛下，我們會對它給予更多的關注。像切赫這樣經驗豐富的門將自然會利用這些對他有利的信息。所以，研究人員伍德建議：罰球隊員的最佳策略是，選擇一個目標，然后把球朝那兒踢，在這個過程中就當守門員不存在。

盡管如此，倒在點球這塊巨大的絆腳石面前的球壇巨星仍不乏其人，究其主要原因，兩個字壓力。在點球時，守門員的心理壓力是世界上任何人都無法感同身受的：如果點球罰進了，人們會拍拍他肩膀說他運氣不好：但如果他撲出了這粒點球，人們就會把他捧上天。可以說，所有的重擔都在罰球隊員的肩上，有些球員罰進點球后仍很緊張。想象一下：世界杯上點球決戰時，你站在中線附近，一路走向球門，撿起球，放好，退后幾步，國家的希望全部寄托在你身上。這一段糟糕的時間長得足以讓你感覺失去控制，再也無法集中注意力……