別再吐槽了！2018世界盃用球「電視之星18」已通過風洞測試
空氣動力學專家指出，2018年世界盃用球，由阿迪達斯推出的「電視之星18」，性能優良，在空中飛行時十分穩定，相信不會像過去的比賽用球那樣飽受非議。
2018年世界盃指定用球「電視之星18」（Telstar 18）
來源 | AIP Inside Science
作者 | Marcus Woo
全世界的足球迷都在為本周即將在俄羅斯開幕的2018年世界盃做著準備。2018年世界盃的新話題總是層出不窮，不管是埃及新星穆罕默德·薩利赫能否從傷病中歸來，還是冰島國家隊在世界盃首次亮相。當然，老生常談的話題也同樣火熱，比如，對世界盃官方用球的評頭論足。
的確，已經有一些球員開始抱怨這個被稱為「電視之星18」的官方用球了，它在去年11月的國際比賽中首次亮相。「這球真的很怪，」西班牙門將大衛?德赫亞今年春天在西班牙官網上是這麼評價的。
他的隊友，守門員佩佩德雷納也認為，「這個球將給門將帶來很多問題。」
這讓我們想起當年飽受詬病的「普天同慶」。作為2010年南非世界盃官方指定用球，「普天同慶」因其在空中飛行時不可預知和不穩定的路徑而廣受批評。
2010年南非世界盃官方指定用球「普天同慶」（Jabulani）
相比而言，阿迪達斯的後續產品，2014年世界盃用球「桑巴榮耀」（Brazuca），則獲得很多正面的評價，批評意見很少。雖然今年世界盃用球「電視之星18」最初也受到了不少吐槽，但一項最新的研究顯示，它的表現應該會和「桑巴榮耀」一樣好，會獲得同樣多的正面評價。
來自美國弗吉尼亞州林奇堡大學的物理學家約翰·埃里克·戈夫說:「今年的球不會與以往的有太大的不同。」戈夫教授和來自日本筑波大學的洪成勛和武石淺井通過風洞實驗發現，「電視之星18」的空氣動力學特性與當年的「桑巴榮耀」類似。他們將這一研究結果發表在近期出版的《體育工程與技術雜誌》上。
戈夫教授說:「我們即將迎來一屆精彩的世界盃。」
然而，圍繞世界盃用球的爭論總會不時發生。早在1930年的第一次世界盃決賽中，阿根廷國家代表隊和烏拉圭國家代表就因比賽使用哪種足球而發生爭吵。後來，比賽中不得不在上半場使用阿根廷隊首選的足球，而在下半場使用烏拉圭隊的首選球。
自1970年「電視之星」首次亮相以來，阿迪達斯公司就一直在設計官方比賽用球。「電視之星」是第一個由32塊黑白相間的六角形和五角形表皮圖案組合而成的足球，它現在已成為足球的標誌性模樣。
這種通用圖案的設計一直延用到2006年，當年世界盃用球「團隊之星」採用了14塊表皮的新設計。再後來，2010年世界盃的「普天同慶」球型的表皮數量則下降到8塊。
戈夫教授給我們解釋到:「每減少一塊表皮，就會相應地減少球面上接縫處的比例。」接縫越少，球就越光滑，而這會讓球在空中的飛行變得難以預測。
當一個足球被高速射出後，一層薄薄的空氣會緊緊地包裹著它。當空氣流向足球的背面時，就會產生混亂而又湍急的旋渦。
然而風的阻力會使球度慢下來：當球的速度下降之後，周圍的氣流也會隨之改變。氣流轉變為層流。層流是平滑的，不像之前一樣將球裹住。此時，流動的空氣從球的邊界分離，產生更大的尾流。這個尾流又會對足球產生一個額外的拖拽力，使得球速大大下降。
足球在空中高速飛行時，後方會產生極為複雜的尾流
足球表面越光滑，發生這種突然減速的速度就會越小（即在更小的速度上發生突然減速）。2014年的一項研究發現，「普天同慶」發生突然降速的轉變速度約在每小時54英里，而這是典型的角球和自由球的球速。
足球的出射速度通常在這個轉變速度之上，隨著空氣阻力逐步減慢球速，包裹足球的氣流從湍流變為層流，此時阻力突然增加，球速隨之驟然下降。這種突然發生在半空中的減速會讓運動員們感到十分困擾。
戈夫教授說:「如果我可以在2010年世界盃之前就看到『普天同慶』的風洞測試數據，我會毫不猶豫地告誡阿迪達斯『別用這個球』。」
儘管「桑巴榮耀」只有6塊表皮，比「普天同慶」還少2個，但它的每塊表皮都有一個獨特的形狀，類似直升機的槳翼，其接縫的長度也比「普天同慶」長了約68%。研究人員發現，表皮上的小凸起增加了足球整體的粗糙度，從而使轉變速度降低到每小時38英里。在通常情況下，大多數球在空中飛行時不會降到如此低的速度，因而也不會出現突然減速的情況。
2014年世界盃指定用球「桑巴榮耀」，表皮形狀十分獨特
在最新的實驗中，研究人員檢測了靜止情況下「電視之星18」周圍的氣流。雖然它也只有六塊表皮，但它的接縫總長度比「桑巴榮耀」還要多30%。為了抵消因較長接縫而帶來的額外粗糙度，設計師們設法使接縫變得更淺，進而降低表皮凹凸不平的程度。「電視之星18」空氣動力學的測試結果表明，它與「桑巴榮耀」的性能類似，只不過研究人員還發現，在遠距離傳射方面，「電視之星18」的飛行距離要比「桑巴榮耀」短9%~10%左右，這也是兩款足球最大的不同。
來自麻省理工學院的應用數學家約翰?布希介紹說，足球的風洞實驗還存在一些不足。在實驗中，由於足球是靜止不動的，因此研究者無法表徵它的彈性，也就是，足球到底有多容易被壓扁。要知道，一個柔韌的球會產生更大的衝擊力，並且，球與腳的接觸面積會增大，這樣就可以對其施加更大的扭矩和旋轉，進而改變它的軌跡，成功繞過後衛的防禦。
因此，研究人員計劃對旋轉的球做類似的實驗。不過，話說回來，戈夫教授表示，靜止球的實驗已經可以揭示足球基本的空氣動力學特性了，研究人員可以據此計算出足球在空中的飛行情況。這樣的球出現在球場上，應該不會發生讓人驚訝的事情。
布希教授說:「世界盃應當照常進行。關於這個新球，沒有什麼好吐槽的。但話說回來，吐槽總是會有的，我們就等著看，會發生什麼吧。」
翻譯 | 谷大春
校對 | 高佩雯
https://www.insidescience.org/news/new-2018-world-cup-ball-passes-wind-tunnel-tests
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