如何科學地聊足球

郭亮

足球是一個團體性的競技項目，幾乎所有的進球，都得靠團隊共同努力。如果想憑一己之力扭轉乾坤，取得勝利，只有一種方式——任意球得分。在足球場上，能夠靠任意球直接破門的球員，相當于武俠小說中行走江湖的刺客，殺人于無形。而他們憑借的利器主要有兩種——香蕉球和電梯球。

香蕉球原理

香蕉球，因為球運動的路線是弧形的，類似香蕉的形狀，因而得名。而且由于其代言人顏值極高，所以“香蕉球”幾乎達到家喻戶曉的程度——英格蘭帥哥貝克漢姆杰出的香蕉球功夫，被中國球迷譽為“貝氏弧線”。

香蕉球為什么會在飛行中拐彎？這就不得不提到著名的伯努利原理，即流體速度增加將導致壓強減小，流體速度減小將導致壓強增加。

當足球在空中一邊飛行一邊自轉時，會帶動其表面空氣同時旋轉，其一側空氣轉動的線速度和球的前進速度疊加，使得迎面氣流相對速度增加；而另一側情況恰恰相反，空氣轉動的線速度和球前進速度部分抵消，迎面氣流相對速度被減緩，從而使球兩側的氣流速度與球飛行的速度不一致。根據伯努利原理，空氣流速度大的一側會形成一個低壓區域，而另一側則形成高壓區域。足球兩側的壓力差，導致球受一個從高壓區指向低壓區的合力作用，這個合力使球偏離原直線運動方向。

設想一下，有個小朋友跟著一個超級大的足球一起向前運動，當球體本身不轉動的時候，他無論在左側還是在右側，都會受到同樣迎面而來的空氣流拂面。而當球體本身開始高速旋轉時，在右側的他會發現足球轉動所產生的風力能夠部分抵消之前的拂面氣流；而在左側時，他將同時受到拂面氣流和足球轉動所帶動的風力兩者的疊加作用。這就是為什么足球在旋轉時，兩側氣流流速不同，進而造成壓力差，使足球按照弧線飛行。

所以，踢出香蕉球的秘訣主要在于球的旋轉。球旋轉得越快，兩邊的壓力差越大，球飛出的弧線也越大。

歷史上，首先發現該現象的科學家名叫馬格努斯，所以我們把這種原理叫作馬格努斯效應。這種弧線球同樣應用在乒乓球的弧圈球、棒球的旋轉球等方面。

對于右腳球員，想要踢出香蕉球，接觸球的部位應該在皮球右下側，需要利用大腿發力。為了提高球的旋轉速度，球員必須扭擺全身，讓身體完全傾斜來增大皮球的內旋速度。人的身體，包括腿部產生的自旋性使得腳背觸球的瞬間，讓皮球帶有強烈的旋轉。

電梯球原理

電梯球跟香蕉球截然不同，它需要運動員使用腳背內側踢出旋轉極小但到球門前突然變線下墜的“S型”球，有人形象地比喻為“先將電梯迅速升到6樓（越過人墻），再疾速降到1層”。除此以外，電梯球還有一個特點是，在飛行的過程中，會有一定的飄忽感，讓守門員不好防守。排球中的“飄球”也是同樣的原理，高水平運動員可以讓排球過網后出現周期性的擺動或者突然下墜。

首先，電梯球為什么會突然下墜？

我們以威爾士名將文貝爾在2016年歐洲杯對陣斯洛伐克時的進球為例。2016年6月12日，威爾士對陣斯洛伐克，比賽進行到第10分鐘，威爾士獲得前場30碼任意球，貝爾左腳罰出任意球。他主罰任意球的初始球速達到97千米/小時，按照上圖所示的實驗室測量結果，此時的阻力非常小，所以球會隨著初始作用方向迅速上升前進。皮球在飛行過程中逐步減速，當達到某一個臨界值時（科學上用臨界雷諾數表示），空氣阻力將迅速成倍增加，球瞬間失速，形成下墜球。按照上圖的風洞實驗結果可以看到，在皮球的飛行速度降為50千米/小時時，阻力就將成倍增加，形成下墜球。所以，踢電梯球時需要與球門有一定的距離，才能發揮威力，否則皮球還沒來得及失速下降，就超過球門的位置了。

其次，電梯球為什么會飄忽不定？

電梯球的關鍵在于球身旋轉速度很小，球員踢球使出的全部力量幾乎都轉化為前行方向上的動能，皮球在剛踢出的瞬間就獲得極高的速度。由于現代足球設計得越來越輕質，同時為了防止皮球過“圓”，還特別增加了縫深和摩擦，使得皮球在高速前行過程中，很容易因為表面粗糙度不同，導致產生局部氣壓差，最終讓皮球出現小范圍的飄忽晃動，忽上忽下，忽左忽右，令對方難以判斷。

實驗表明，在高速飛行時，“粗糙”的球體要比“純圓”的球體阻力更小，飛得更快更遠；另外，從右圖可以看出，“粗糙”本身也容易造成不平衡的“飄忽晃動”。

所以，根據上述原理，想要利用電梯球破門，至少要具備3個要素：球幾乎不旋轉、初始球速非常高、距離球門有比較合適的距離。

電梯球觸球部位及觸球方式較為特殊，需要利用腳背偏內側接觸皮球，接觸面積越大越好。踢球時小腿快速發力，用腳背猛抽球身中下端，讓球幾乎無旋轉飛出。由于球速很快，一旦球被踢高就無法實現快速墜落，因此踢球時必須要控制好發力部位，努力壓低球的線路才能獲得好的效果。

專業的球員在射門時平均球速一般在87千米/小時到96千米/小時，少數球員能夠踢出超過100千米/小時的球速。能踢出更快球速的球員在場上的有效射程也更遠，可以像成名劍客一樣于萬軍之中取對方上將首級。