足球都不圓！你讓明天我們女足怎麼踢！
2016年里約奧運會舉辦的如火如荼，里約熱內盧是奧運史上首個主辦奧運會的南美洲城市。即便如此，前些天媒體還在吐槽主辦方準備得如何不充分，比賽場館建設滯後嚴重，奧運村條件簡陋，水上項目遭遇垃圾水域，甚至由於拖欠警察工資導致各種搶劫和槍擊事件的發生等等。
以至於大家都在說，此次奧運會可能是最差的一屆。
不過開幕式的精彩，為里約挽回了不少面子，很多觀眾已經開始黑轉粉。
那麼，我們今天說的將是里約舉辦奧運會的另一個優點——踢弧線球更加容易！
眾所周知，在巴西，足球的地位超越了運動，它是宗教，是一份信仰。這裡走出來的球星不計其數，裡面也包含了非常多的弧線球高手，那麼有沒有想過他們可能佔了地利的優勢？！
巴西里約熱內盧的海拔是2.3米，相對來說，我國西藏的平均海拔4000米，其中拉薩3650米。在這樣的條件下，拉薩的空氣密度僅相當於里約的70%左右。所以人們到了高原會出現頭暈等癥狀，正是氧氣吸入量不夠導致的。
但是，這與弧線球有什麼關係呢？我們得從弧線球產生的原因說起。
弧線球又稱「香蕉球」，是指足球運動員運用腳法，踢出球後使球在空中向前作弧線運行的踢球技術。一般用於自由球時，利用球的弧線運行，繞過人牆直接破門得分。
世界足球先生梅西的弧線球
巴西球星卡洛斯超高速弧線球
弧線球示意圖
弧線球是如何在空中拐彎的呢？
主要是伯努利原理在起作用，簡單說就是「氣流速度快的地方壓強小，氣流速度慢的地方壓強大。」
如圖，當足球在空中一邊飛行一邊旋轉的時候，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，自轉線速度和前進速度部分抵消，氣流相對速度被削弱，從而使球的兩側氣流相對球的速度不同。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。足球兩側壓力差的結果就導致，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。
「說的是什麼啊，我也沒看懂啊！」
那麼我們說簡單一點，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。這就是為什麼足球在旋轉時，兩側流體速度不同，進而最終導致了上文提到的壓力差，使足球按照弧線飛行。
綜上所述，踢出弧線球的秘訣主要在於球的旋轉，球旋轉的越快，兩邊的空氣壓力差越大，球的弧線也越明顯。同時，由於里約的空氣密度大於拉薩的密度，那麼在同樣旋轉速度的情況下，里約的足球將遇到比拉薩更多的空氣，受到的壓力差也越大，所以就會飛出更大的弧度。也就是說，里約的足球高手，想在拉薩也踢出高水平的弧線球，難度要大很多！
2014年，阿根廷1-6輸給玻利維亞，梅西在海拔3630米的高原球場也很難靠超級弧線球取勝。
為什麼體育運動中大多數的球都不是純圓的呢？
從歷史的角度看，很多球類在發明的時候，都是以皮革內部填充羽毛製成的，所以本來就不光滑。後來隨著技術的發展，可以使用橡膠或塑膠來代替皮革製成光滑純圓的球體了。但是，人們發現，在使用純圓的球進行比賽時，球飛行的速度和距離都比以前大大降低了！
這是為什麼呢？
下圖顯示的是光滑的球體和粗糙表面的高爾夫球在空中飛行時的空氣流動軌跡，球體後端的小圓點所在區域，就是飛行時的阻力區。阻力區面積越大，飛行時受到的阻力就越大。所以，在球快速飛行時，表面粗糙一些，反而受到的阻力會減小。
光滑球體的流線軌跡
粗糙球體的流線軌跡
「小編，你確定嗎？不是應該表面越光滑，阻力越小嗎？」
其實球在高速飛行時，球附近的空氣分子會貼著球走一段後，再脫離球面，這種現象叫邊界層分離。邊界層分離越早，球所受到的阻力就越大。當球表面粗糙的時候，會在粗糙的位置產生一些小的漩渦，這些漩渦可以吸引附近的空氣分子，所以會讓邊界層分離推後，阻力就變小了。所以，「粗糙」的球體要比「純圓」的球體阻力更小，飛得更快更遠。對於光滑的高爾夫球，一桿最多飛行數十米，而粗糙的高爾夫球一桿可以飛行二百多米。
同時，「粗糙」的表面還可以造成不平衡的「飄忽晃動」，足球中的「電梯球」，排球中的「飄球」，棒球中的「指叉球」等等，都是利用了這種不平衡，具有極佳的觀賞性。
「小編啊，你是不是漏掉了乒乓球啊？！乒乓球就是純圓的啊！」
沒錯，可能由於乒乓球本身已經夠快了，畢竟雙方離得太近了，如果做成粗糙表面，速度再快的話可能就只有中國人能玩了。
出品：科普中國
製作：中國科學院力學研究所老三
監製：中國科學院計算機網路信息中心
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