這個夏天，你看蘇超了嗎？近期，蘇超（江蘇省城市足球聯(lián)賽）成為了全民話題。它完美地融合了江蘇的文化、城市風土、以及對社媒的精準利用。出圈的標語、玩梗、短視頻傳播，讓足球聯(lián)賽受到了廣泛關(guān)注。

假如你經(jīng)常看足球賽的話，一定見過這樣的場景：

進攻方罰直接任意球時，防守方球員排成“一”字人墻，試圖擋住足球的路線；而進攻方主罰球員卻胸有成竹，起腳一記猛射，球繞過人墻，劃出一條完美的弧線，應聲入網(wǎng)。

這就是神奇的“香蕉球”，其中除了運動員精湛的球技之外，還有一個重要的物理知識，那就是空氣動力學中的馬格努斯效應。

什么是馬格努斯效應

什么是馬格努斯效應呢？

如圖所示，一個球形或圓柱形物體在飛行時，若其自身旋轉(zhuǎn)的方向與飛行方向不一致，就會在其旋轉(zhuǎn)角速度矢量和平動速度矢量組成的平面上產(chǎn)生一個垂直的橫向力。

在這個橫向力的作用下，物體的飛行軌跡會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這個現(xiàn)象就是馬格努斯效應。

它是由德國著名物理學家古斯塔夫·馬格努斯在1852年發(fā)現(xiàn)并作出解釋的。但其實早在1672年，牛頓就曾描述過這一現(xiàn)象。

神秘的力量從何而來

那么，這個橫向力是從哪里來的呢？

如下圖所示，足球快速旋轉(zhuǎn)，會帶動周圍的空氣旋轉(zhuǎn)。足球旋轉(zhuǎn)方向與空氣方向相同的一側(cè)，空氣流速變大；足球旋轉(zhuǎn)方向與空氣方向相反的一側(cè)，空氣流速變小。

根據(jù)伯努利定理（流體力學中的一個定律，由瑞士物理學家丹尼爾·伯努利在1726年提出），在水流或氣流里，如果速度小，壓強就大；如果速度大，壓強就小。

這樣，足球左右兩側(cè)就會產(chǎn)生一個壓力差，也就是上文提到的橫向力。同時，由于這個橫向力與足球運動方向垂直，因此它會形成一種向心力，使足球的飛行方向和軌跡不斷改變。

若要運用馬格努斯效應踢出漂亮的“香蕉球”，首先，要利用腳法給足球施加一個向斜前方的力；同時，讓足球在出腳瞬間就開始高速旋轉(zhuǎn)，也就是要增加腳與足球的摩擦力。

馬格努斯效應也“跨界”

馬格努斯效應還普遍存在于其他球類運動中，如乒乓球、網(wǎng)球等。更重要的是，科學家將它應用在了更廣闊的領(lǐng)域。

例如，代替?zhèn)鹘y(tǒng)船帆的旋筒風帆——發(fā)動機帶動旋筒風帆旋轉(zhuǎn)，使其周圍的氣體共同旋轉(zhuǎn)，以此為船舶提供前進的動力，從而降低碳排放和燃油成本。

科學家還建造了一種圓柱葉片的風力機，利用圓柱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力，可以獲得24%的風能最大利用率。

馬格努斯效應告訴我們，生活中看似神奇的現(xiàn)象，背后其實都有其科學依據(jù)。

因此，大家在享受體育比賽帶來的快樂和激情的同時，還要努力探究蘊藏在其背后的科學原理，這會讓我們獲得意想不到的知識與樂趣。

責任編輯｜趙青云

運營編輯｜趙青云

質(zhì)量審核 | 王維嘉 李元龍

圖文來源 | 《知識就是力量》雜志《來一腳“香蕉球”：馬格努斯效應》，撰文/張永杰 施威（南京信息工程大學科學技術(shù)史研究院），
原文有刪改，原創(chuàng)作品轉(zhuǎn)載請注明來源。

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