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足球为什么能绕过人墙射入球门,分享弧线球的原理

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发表于 2022-12-21 15:09:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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( C) S; a/ i0 Z% |. ~
球为什么不走直线,而是向左或者向右走了弧线的步伐吶?
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5 o3 R3 N+ `: {: Q
当球旋转着前进时,空气绕过它的流动不对称,产生侧向力,于是球走过一条曲线的路径。
1 F& `* ]  Q8 Z. R+ x; x

/ z3 j0 g1 v$ {& `以球心为参考系,气流吹过旋转的球时,会对球产生横向力。其原理和机翼升力的原理是相似的,只用伯努利定律并不能很好地解释,更重要的是科恩达效应。和机翼有所不同的是,分析机翼升力时可以不考虑粘性力,而分析旋转球的横向力时则必须考虑粘性力。所以这个问题比机翼的原理复杂一些,需要同时考虑粘性力、科恩达效应和伯努利定律。0 u  E  f5 i3 n) ^1 X. i

* Q( Q. W# w* \1 A上面的解释中,说旋转的球带动表面的空气旋转,使流过球两侧的空气速度不同,这个说法本身也不能算完全错误,只是这种两侧速度不同并不是直接由球表面拖动产生的。+ M4 S0 M9 k+ P: H5 U" |4 z4 R

  E' B. D' @0 L, H参考下面的图,确实是球的旋转带动了表面的空气,使球上下两侧的流动不对称而产生的横向力,这种不对称集中体现在:
. e) L( ~3 t" M8 e0 ~* e" N

+ B3 j. [$ ~  Z; `1. 旋转的球把更多前方流过来的空气导向上侧,所以前分叉点位于中心线下方。
, H. ^1 w2 K2 I( V- r

* @: j5 d: a# L" V2. 上侧的分离点由于壁面对气流的助推作用而延后,下侧的分离点由于壁面对气流的阻碍作用而提前。
; Z) z5 r" Y7 X# v: v0 t6 k, y
, Q7 F. f. |- c! H
+ K/ Q0 S9 P. f. e4 j1 k- C
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& d+ \- u5 M2 r$ s/ j7 T3 T
' j" i& J# {* E2 T2 G5 w$ d
和解释机翼升力原理类似,弧线球横向力的原理也可以从两种角度来解释。
9 o6 o& y3 C& n, F4 V

  ~( z3 ^  Z0 Z! z  \: D一种解释是旋转的球两侧的压力分布不对称,一侧压力低,另一侧压力高,从而产生横向力。+ x  p7 I, [9 w: D2 y: a

! i: ?6 S* k# |9 m$ g另一种解释是旋转的球把流过它的气流导向一侧,根据牛顿定律,球就获得朝相反方向的作用力。  y- `- N; u! ^
. V# j7 v8 f# s1 r6 j) [8 T
前面的解释迫不得已使用了边界层分离的概念,对于没有学过流体力学的人可能不好理解。不过从字面意思应该大概可以明白就是气流和壁面分离,之后不再沿壁面流动了的意思。+ i1 B% F6 W7 m3 A" f- u
2 f) n; }. T" Y8 L  c3 Z. f( v
实际球类运动中是一定存在边界层分离的,不过即使没有边界层分离,旋转的球仍然会受到横向力,实际上多数可以找到的解释就是针对这种没有分离的流动解释的。这里把前面的图再放一次,可以看出,在下图中,球的旋转使气流的前分叉点和后交汇点都偏向左边。于是整个右侧的流线要弯曲得多,和机翼类似,右侧的气流压力低速度快。- S- `% M: d- s. P

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. P3 n3 t: ^$ b8 B# W: l1 k

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发表于 2022-12-21 15:50:55 | 显示全部楼层
香蕉球

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发表于 2022-12-21 16:30:48 | 显示全部楼层
还有一种电梯球,到门前突然下坠
发表于 2022-12-21 16:35:55 | 显示全部楼层
还有一种摇摆球,会变向的
发表于 2022-12-21 17:18:00 | 显示全部楼层
还可以这样,
发表于 2022-12-21 17:41:03 | 显示全部楼层
还有一种乒乓球,会回旋,打过去自已跳回已方台面。
发表于 2022-12-28 13:35:40 | 显示全部楼层
学习一下
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发表于 2023-8-7 16:01:30 | 显示全部楼层
还有一种回旋镖,会回到自己手上
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