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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
7 s/ B# @+ Q* W
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球为什么不走直线,而是向左或者向右走了弧线的步伐吶?; S' p+ j* T- |0 w: ~; G
) T* z7 e) x7 }- }- U2 K7 x
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。$ D2 ?1 t/ x. \: e

$ C8 @& c9 E% L: E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。! C; l& `. V& E/ S" d* ]

- M, |1 Q, [7 n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。9 r, I3 B* c9 A) G4 o
% c" D& a. {& a/ t3 l- j2 K
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:2 v) Y& \: V# K* V! v$ W; X

% g( J# k& @6 b3 j% w1. 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。9 ?% Z0 ]) r3 y" I. |8 t

% `" o/ u  p& R2. 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。
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7 G: ^! D7 K; I1 E4 a: _
! n0 w+ k$ `' D5 A! x/ z
+ j7 R! d: ~: c1 R7 G# r: n

4 b; p0 t2 D7 [+ r* s1 Z9 ?1 W
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。( I$ Y% g7 Y% M
( ^# T& b1 c: I$ H& O' w5 Q4 |+ @( s
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。
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) i* e3 F" z2 {, d# x" D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。' G5 Q9 l! ?, e! R& h+ z! A

7 ^: K! w9 M. k8 K- m0 W3 p+ A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。/ p# [3 Z+ H8 A+ K( j8 a9 g& p1 P8 b
, J: f( P2 |$ ?$ w9 B) h
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。
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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
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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
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发表于 2022-12-21 17:18:00 | 显示全部楼层
还可以这样,
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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。
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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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