经常看到顶尖比赛上会出现不可能出现的大角度弧线球,怎么做到的?
高速旋转的球体导致一侧的气压变低,然后球就在气压的作用下拐弯。话说题主该多看看书,就算不看书也该会用百度的吧。
马格纳斯效应
过去球速较低的时候是马格努斯效应。现在貌似由分离引起的随机纵向力是主要原因了。
之前做过一个足球软件,对这类的球路有过一些研究。
足球在空中运动时受到重力、气动力等的作用,随着足球运动的不断发展,如何用空气动力学研究足球的运动,引起了越来越多的人的关注。足球运动中人们尤为关注其在空气中运动时受到的气动力,这些力有时会显著改变足球的运动轨迹。
简单来说,特殊球路分为几种。
一是由Magnus效应带来的弧线球,即我们平时所熟知的“香蕉球”以及“落叶球”。原理是由于足球的旋转,足球两侧空气相对球表面的运动速度不同。由伯努利原理可知,流速大的地方压强小,足球两侧的压力大小不同,由牛顿第二定律可知产生侧向的加速度,从而球路发生偏移。如果足球旋转轴垂直地面,就是“香蕉球”;如果旋转轴平行于地面,就是“落叶球”。
对于Magnus效应,在Prandtl提出边界层的概念后(有粘情况下,壁面附近流体速度为零,稍远一些流体速度即恢复到来流速度,在这一层薄层内速度梯度很大,Prandtl提出边界层的概念,边界层内视为粘性流体,边界层外视为无粘流体),Magnus效应可解释为迎风面比背风面的流体边界层更早发生分离,从而导致两侧压力不同。
(图片来源:在天空旋转的、只有14块表皮镶嵌的足球说:"难为你了,守门员!"(图文)
)
二是由于卡门涡街效应引起的弧线球。有些时候我们在电视上可以看到,球离开运动员脚的时候并没有旋转,但球速很快,同时在空中摆动,出现S型弧线。这可以用卡门涡街效应解释。圆球/圆柱在流场中,雷诺数()足够大时,流体会在球的两侧出现涡结构,并出现周期性脱落。涡脱落的时候会产生侧向力,同时侧向力的方向会随着两侧涡脱落而改变。当球的速度很快时,涡脱落的半周期中球已前进一段距离,对于飞行距离较远的球,就会出现S型球路。
(图片来源:飘球:空中的摇摆舞步
)
各位知友多多指教~
足球的S形轨迹和电梯球的原理是什么?
因为足球在爬升中还在缓慢的向右旋转造成了顺风后退一侧的足球外皮接缝,制造了频率更高、强度更大的脱体漩涡具有更低的气压,而逆风前进的足球接缝使脱体涡的频率和强度都较弱,导致卡门涡街交变的侧向力大小不等形成指向右侧的合力让足球向右转弯。
足球在爬升到顶点的过程中卡门涡街的指向也随飞行轨迹不断的向上偏移,使足球受到涡街移动的作用力而翻滚,造成缓慢右旋的足球变成了上下旋转。当足球进入下降段时,卡门涡街随飞行轨迹继续向上偏移,足球便继续翻滚造成足球的自转方向从上下旋转又变成了向左旋转,于是卡门涡街左侧的涡流强度和频率增加形成指向左侧的气动合力,球又向左转弯变成了S形轨迹。
根据这一原理,让足球飞行时缓慢的向前翻滚,在抛物线轨迹的爬升阶段由于卡门涡街上移的速度越来越慢,与足球自转的速度差逐渐增大。因此涡街受到向下的气动合力不断增大,而下降阶段涡街向上偏移的速度越来越快,与足球自转的速度差不断减小,涡街受到的合力也逐渐减小。所以足球在抛物线顶点的一段距离受到了最大的向下的气动力,因此会加速坠落变成电梯球。
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