c罗的电梯球,在葡萄牙对西班牙的比赛中
c罗的电梯球,在葡萄牙对西班牙的比赛中?
在2018年世界杯小组赛中,西班牙对战葡萄牙,33岁老将C罗宝刀未老,上演帽子戏法,3:3逼平了西班牙。尤其是在88分钟的一记前场任意球,堪称教科书式的经典破门。
对于这个球,有人说是香蕉球,也有人说是落叶球,还有人说是电梯球,它们的共同特点是会在空中转弯或者轨迹怪异。这些球有什么区别?它们的物理原理又是什么呢?
伯努利原理为了了解足球原理,我们首先从一个物理学方程:伯努利原理说起。伯努利原理是由瑞士物理学家丹尼尔·伯努利于1738年提出的。
伯努利指出:稳定、连续、不可压缩的非粘性流体满足方程:
这里面的ρ表示液体密度,v表示流速,g是重力加速度,h表示高度,P表示流体压强。这个方程可以从液体的机械能守恒推导出来。
如果忽略各处流体的高度差别,认为h都是相同的,那么这个方程就可以简化为:
保持不变。
这样一来,液体流速v较大的地方,压强P就会比较小。流速v比较小的地方,压强P就会比较大。这就是伯努利原理。
伯努利原理在生活中非常常见,例如客机能够在天上飞就是因为伯努利原理。
飞机的机翼并不是平的。机翼下方比较平缓,而机翼上方有个陡坡。当飞机向前运动时,空气会从机翼上下两侧流过机翼。由于上方形成斜坡,路程比较长,造成空气流速大,压强小。下方路程短,空气流速慢,压强大。 这个压力差就会给机翼提供上升力,让飞机在天上飞行而不下落。
再比如:火车和地铁都有一条安全线,告诫人们不要靠近列车。有人可能以为,只要我不在火车的正前方,火车就不会撞到我。其实这是不对的。火车在运行时,会带动周围的空气高速运动。如果人离火车太近,那么人与火车之间的空气流速快,压强小。人身后的空气流速慢,压强大,这个压强差可能会把人推向火车,发生事故。
香蕉球利用伯努利原理,我们就可以解释香蕉球和落叶球了。
香蕉球是指足球飞出后,在水平方向转弯,轨迹像一根香蕉。如果罚前场任意球时踢出香蕉球,就有可能让皮球绕过人墙飞进球门。
足球在空中为什么会水平转弯呢?这是因为:在足球飞出的过程中伴随着强烈的旋转。我们来考虑这样一种情况:运动员踢出一个向前飞行的球,并且在踢出的过程中使球逆时针旋转起来。
相对于球,空气会向球的后方流动。同时,球的旋转也会带动周围空气随着球一起运动。在球的右侧,空气被球带动向前运动,与迎面而来的空气相撞,这样一来,球右侧的空气流速就会减慢,压强较大。对于球的左侧,球带动空气流动的方向与外界吹来的空气运动方向相同,二者不会相互阻碍,所以空气流速较大,压强较小。两侧的压强差是向左的,就会造成球向左拐弯。
如果要计算足球在旋转过程中的受力,就要用马格努斯效应来解释了。这个效应是德国科学家马格努斯于1852年发现的,但实际上与伯努利原理相通。马格努斯指出:一个旋转的球体所受到的马格努斯力大小等于:
这里S是一个系数,与球体的大小和表面材料有关。ω是角速度,表示转动的快慢,而v表示足球的运动速度。从这个公式我们可以看出,如果希望踢出转弯强烈的香蕉球,旋转必须要快。所以,在运动员准备踢香蕉球时,都会用内脚弓或者外脚背踢球,而且尽量延长脚和足球的接触时间,使得足球获得更快的旋转。历史上最著名的香蕉球选手就是巴西的卡洛斯,在1997年,卡洛斯通过一个精彩的香蕉球打破了法国队的球门,让世界永远记住了这个时刻。
落叶球落叶球也是一种弧线球,与香蕉球不同的是:落叶球是在飞行过程中突然下落,原本应该飞出球门上梁的球突然撞向球门,让守门员措手不及。
落叶球的物理原理与香蕉球并没有什么太大区别,它也是依靠旋转获得马格努斯力,从而改变自己的运动轨迹的。所不同的是,落叶球的旋转方向是上旋的。这样一来,上方向后的空气与足球附近带动的空气相碰撞,流速小,压强大。下方向后的空气与乒乓球附近的空气运动方向一致,没有发生碰撞,流速大压强小。于是乒乓球受到空气的合力是向下的。
乒乓球中的弧圈球与足球的落叶球原理相同,也是强烈上旋球,下坠速度非常快,往往令对手应接不暇。我国的乒乓球国手王励勤、马琳、王皓、马龙等人,都善于使用弧圈球。同样,在拉弧圈时,也需要让球拍尽量与球多接触,以获得更快的旋转。
电梯球那么,电梯球又是什么呢?
2012年欧洲杯,有一场意大利对克罗地亚的比赛。意大利队球员皮尔洛踢出了一个非常精彩的进球。
这个球最初快速上升,人们都以为它会越过球门顶,但是它却在球门上方突然下坠进入球门。米兰体育报形容:这个球就好像是坐电梯一样急速上升又突然下坠,从此这种球就有了一个名字:电梯球。
如果我们仔细观察电梯球,就会发现足球其实并没有旋转,也就没有马格努斯效,那么是什么原因造成球的轨迹不是抛物线,而是接近于折线呢?
科学家们经过分析,认为造成这个现象的主要原因是空气阻力。当皮球在空中运动的过程中,会受到空气的阻力,阻力大小可以近似用公式表示:
其中ρ表示空气密度,C是阻力系数,A表示足球截面积,v表示足球速度。当皮球速度较慢时,阻力的影响没有重力的影响大,足球轨迹接近于抛物线。但是当足球速度很快时,阻力的影响会超过重力的影响,皮球最初在空中接近于直线的减速,当速度消耗殆尽时,重力开始发挥作用,又将皮球很快的拉向地面。
巴黎理工大学的Cohen教授在世界流体力学大会上作了一个报告,她通过数值模拟的方法得出了一个结论:对于一个非旋转球体,如果足球速度较慢,球体会接近抛物线运动。如果球速非常快,下落时会接近直线。下图比较了足球出发速度和落地速度之比在不同情况下足球的运动轨迹:
其实,“电梯球”的情况在生活中很常见。比如烟花,最初通过火药作用急速运动,最后也会接近于直线下落。
能否踢出电梯球,最重要的要看球速,经过计算发现,典型的电梯球球速要在100km/h以上。而C罗外号机器人,能够将足球踢到120km/h以上,因此他是现在掌握电梯球技术最好的人。
那么,在世界杯中C罗的进球到底是什么呢?如果我们仔细观察就会发现,这个球本身球速很快,同时也伴随着倾斜方向的旋转,因此水平和竖直方向都有马格努斯力的作用,同时还受到重力和很大的阻力作用,因此C罗这一粒进球是香蕉球、落叶球和电梯球的混合。
任意球踢弧线好?
在足球比赛中,定位球是得分的重要利器。而在任意球里,弧线球和电梯球则成为了定位球里的两种标志性射门。如果比较相比较哪种脚法更好,有很大难度,因为两种叫法都有各自的优势与各自的技术要求。
弧线球
顾名思义,弧线球是球在被踢出后,在空中画出一条弧线后,打进球门。弧线球包括:内弧(脚背内侧)和外弧(脚背外侧)。在足球比赛中,以右脚球员为例,主罚直接任意球的时候用右脚内侧向侧前方向踢球,足球向球门方向运动(以后以球门方向为前),同时由于脚内侧的摩擦,足球会产生逆时针方向的旋转(俯视),由于空气具有一定的粘带性,因此当球转动时,空气就与球面发生摩擦,旋转着的球就带动周围的空气层一起同向转动,在足球旋转的带动下,足球周围也将产生和足球旋转方向一致的气流。又由于足球同时向前运动,因此相对于足球的运动方向,在足球飞行过程中空气气流相对于足球是向后的。
这样,在足球的左侧,旋转产生的气流和飞行中的相对气流的方向相同,空气流动速度快;足球的右侧,旋转产生的气流和飞行中的相对气流的方向相反,使该侧气流流速变慢。根据流体力学的伯努利定理,在速度较大一侧的压强比速度较小一侧的压强为小,所以球左方的压强小于球右方的压强。由于球所受空气压力的合力左右不等,总合力向左,所以球在运行过程中就产生了向左的运行,即产生弧线。
代表人物
贝克汉姆
这也许是全欧洲最昂贵的右脚,擅长用内脚背主罚,皮球以悦目的内旋弧线向对手的大门死角飞去。贝克汉姆从小接受科班训练,一招一式看上去非常朴实正统。而为了让速度提高,他必须扭摆全身,让身体完全倾斜来增大皮球的内旋速度,因此通常给人以迅雷不及掩耳的感觉,因此才有了我们常见的贝氏任意球主罚姿势。 门将总会纳闷为什么经常是判断准方向却仍然慢了半拍,但科学数据告诉我们,小贝的每次任意球射门球速都在110公里以上,人们将他的旋转、快速、落点准确的弧线球称为“贝氏弧度”,在进攻上是简单却一击致命的有效武器。昔日任意球大师普拉蒂尼曾如此评价:“贝克汉姆肯定是欧洲最好的右脚任意球队员,如果不幸和他所效力的球队相遇,绝对不要在本方大禁区附近给他任何机会。”
最经典的当属2002年世界杯预选赛,对希腊一战,最后一分钟,最激动人心的一脚,价值——1亿英镑!
罗伯特卡洛斯
罗伯特卡洛斯其貌不扬的巴西小个子卡洛斯却有着一个神奇的左脚,大腿粗壮有力,小腿摆动幅度隐蔽和迅速,依托强大的爆发力量主罚任意球。对手们决不敢在禁区外轻易地犯规,因为人们知道,这个神奇小子主罚的那种任意球和被判罚点球几乎没区别。此外,卡洛斯好像也在学习桌球斯诺克的嫁接球原理,通过人墙中第三者碰撞而让皮球改变方向打进球门有时让人觉得是他刻意计算出来的,因此他不需要费事去躲避“人墙”封堵而可以直接考验“靶子”的反弹力。 那血脉贲张霸气十足的任意球正是这袖珍金左脚称雄世界足坛的金字招牌。
最经典的是1997年法国四国足球邀请赛上打入法国队球门的那个足以载入史册的40米远石破天惊的外旋飞弹。赛后法国报纸因为无法解释卡洛斯是如何将那个飞向角旗的球变向打进球门,不得不以物理学角度调侃解释“根据牛顿第三定律,当某物体向右移动时,来自物体相斥的风速会对其起反作用。”
米哈伊洛维奇
左脚外脚背的任意球抽射是米哈拿手好戏,在距离球门40米内的直接任意球射门无懈可击。米哈的任意球势大力沉,是角度刁钻而且旋转强烈的结合完美的艺术品。而且其主罚任意球的时候通常会尽可能用小腿发力,大腿摆动幅度非常小,让守门员无从判断球路,故而神鬼莫测。“我们已经问过欧足联在米哈伊洛维奇罚任意球时我们是否可以用两名门将,我认为那是唯一阻挡他的方法。”当年勒沃库森在欧洲冠军联赛上和拉齐奥队分在同一小组时,该队功勋教练道姆自我解嘲说。“米沙”的任意球工夫独步欧陆足坛,是亚平宁赛场打入直接定位球纪录的保持者,甚至我们想到米哈几乎第一印象就是注册商标式的任意球,反之亦然,几乎成了条件反射,而其“弹不虚发”见血封喉的准头也让对手胆寒。
最经典的是,1999年,米哈伊洛维奇在对桑普多利亚队的比赛中以直接任意球连中三元。创造了前无古人、后也难有来者的历史性壮举。
电梯球
指运动员使用脚背内侧发出旋转很小,但是球到球门前突然变线下坠的“S型”任意球。
电梯球触球部位及触球方式也很特殊。需要罚球运动员小腿快速发力,侧脚用脚面猛抽球身中下端。由于球速很快,一旦球被踢高就不能获得和普通弧线球同样不受影响的下落时间,因此罚球必须要控制好发力部位,努力压低球的线路才能获得好的效果,否则会偏离目标很多。
电梯球所遵循的物理规律绝对不是普通弧线球所能跨越的。就贝氏弧线而言,运动规律几乎和电梯球相反,球越到球门处球速越慢,球身自旋越快,根据马格努斯流体效应(Magnus Effect),球身两侧气压差导致皮球偏向角速度方向与行进方向相反的一侧。
电梯球,就C罗的电梯球而言,运动规律绝对不是马格努斯流体效应所能掌控的。由于球身旋转速度很小,脚力几乎就全部作用在了前行方向所需的动能上,皮球凌空的瞬间就获得了高速,刚开始皮球高速直线前行,但随着空气作用流线型的球体表面,皮球任意一个位置都能产生气压差,直接导致皮球运动线路飘忽不定,忽左忽右,甚至忽上忽下。[2]
代表人物
C罗
就对C罗踢出电梯球而言,把球的气门芯放在正对自己偏下正中的位置,这是球最硬的点,用这点来踢球,速度最快;然后C罗会往后倒退,站好后左脚再跨出一步,摆一个姿势,很多人以为他这是在摆架势,实际上它是一个规范的规定动作。然后助跑发力,充分利用小腿和膝盖的力量,用小腿猛击球。这对膝盖的要求非常大,所以C罗特别锻炼膝盖。
儒尼尼奥
里昂实现不可思议的联赛四连冠,小儒尼尼奥是当之无愧的最大功臣。自打加盟法甲班霸以来擅长严谨组织调度的他就蜕变为法兰西赛场首屈一指的中场艺术家。同时巴西人还是顶尖的任意球大师,据统计其每七次主罚定位球就有一次绕过人墙旋入球门,这个概率是何等可怕。卡恩应该是最清楚巴西人厉害的一个,冠军联赛中德国门神就被小儒尼尼奥的任意球肆意羞辱。而就连公认的顶尖定位球高手阿松桑和卡洛斯都曾坦然承认同胞的绝艺在自己之上。 小儒尼尼奥的任意球绝技依赖于天赋和感觉还有苦练,一直以来每次训练之后至少加练20个任意球已经成为他的固定习惯。虽然在国家队他还属于配角式的人物,但在崇尚技术足球的法兰西,他是绝对的王者至尊。
经典回放:冠军联赛中小儒尼尼奥35码处的任意球直接攻破不莱梅门将莱因克把守的大门,堪称传世经典,被公认为上届冠军联赛最佳进球之一,媲美小罗打进切尔西,加西亚打进尤文的那两脚魔幻进球。
为什么C罗现在的电梯球越来越少?
C罗的电梯球简直就是为他而造,罚出的任意球速度很快,呈斜线飞到最高点又极速下坠,像极了电梯的运行轨迹。电梯球触球部位及触球方式非常特殊,需要罚球者小腿快速发力,才能罚出漂亮的电梯球,因而这也是C罗当年除踩单车外的另一记杀手锏。
单车少年渐行渐远皆因伤病在2003年对战伯恩茅斯的一战中,C罗打进了生涯的第一个电梯球,也是这一脚任意球C罗的射门能力被世界所认可,从此之后任意球接二连三的接踵而来。
自2009年加盟皇马以后,C罗也有过严重的伤病,曾在欧冠小组赛的一次对决中,被迪亚瓦拉飞铲造成脚踝受伤,伤缺近2个月;
接着2013/2014赛季后期,C罗左膝累积的小伤恶化以致一度比较严重,但在联赛和欧冠双线作战的皇马丝毫不能松懈,而2014年夏还有世界杯要参加。为了不错失这些重要的时刻,C罗在手术和打封闭中2选1,选择了后者的极端方式。
打封闭后的C罗除了国王杯赛事,其他重要比赛均悉数登场。但伤病的困扰仍使其未达到100%的状态。大概也是从这个时候开始,C罗的爆发力开始下滑,似乎脚下生风的单车少年慢慢渐行渐远。
2016年欧洲杯决赛,在比赛开场仅12分钟时,一次对抗中,法国队8号帕耶的右膝顶在了C罗的左膝盖上面,导致其一个踉跄摔倒在地。看似不经意的碰撞,但这次超乎想象的严重,让C罗不得不强忍眼泪退场。法兰西大球场上万球迷集体为这位勇士送上了热烈的掌声。这也是伤病困扰最严重的一次。
加入尤文图斯的第二个赛季C罗终于有了一脚漂亮弧线任意球。这也可能是他之后新的探索。
总结也正是因为伤病让C罗失去了爆发力。在罚任意球的时候(尤其是电梯球),小腿需要快速发力,膝盖是小腿发力的重要支点。但显然几次的伤病,对于C罗的爆发力产生了严重的影响,加之近年来,年龄的增大,虽宝刀未老,但相比曼联时代那个单车少年,已经神力不在。因而近年来C罗的电梯球越来越少。但并不影响他在其他方面进球的决心和能力。