“普天同庆” 高原飞行揭秘

高海拔地区气压低，因而作用在球上的阻力及升力也会相应地发生变化

在世界杯上踢球的球员在踢球的时候，可能会发现一些奇怪的现象。因而，美国太空总署的科学家今天提出警示，由于南非约翰内斯堡的体育场，地处高海拔地区，所以球在空中飞行时，所产生的空气动力效应也很特别。

由于地处高海拔地区，气压较低，因而作用在球上的阻力及升力所产生的空气动力效应也会发生相应反应，最终导致球在空中飞行速度比在低海拔地区快，飞行的路线也更直。约翰内斯堡的海拔高度为5500英尺，丹佛甚至比这更高。

“当球员们在场上打球时，球在空中运行的线路会发生改变，这是因为这里的空气密度相对于其他场馆有所不同，”加州莫菲特菲尔得美国航天局艾姆斯研究中心的航空航天工程师拉比·梅塔（Rabi Mehta）说，“当你最近在看比赛的时候，常常会发现队员之间的长传球会传过头，我想，可能原因就出在这。”

足球场上的物理学

拉力是一种物体在空气中所受到的阻力，它能产生与球运行方向相反的作用力，减缓球的运行速度，而升力则是一种能使物体偏离直线运行轨迹的力。球在在空气中运行，受到的力，加之球体周围的空气粒子少，便会减小。因而，同样是一脚踢球，与地处海平面球场上的一脚踢球相比，球飞行速度更快，线路也更直。

如果球员懂得了在这种环境下踢球，球所产生的特殊变化，那么他们便会显露他们的优势，掌控球的本领，会大大强于不知其中奥秘的人，梅塔说。

“如果他们知道了某些特殊情况下球路会发生的变化，那么他们就会改善他们的踢球技能，” 梅塔在接受“生活科学”(LiveScience)网站采访时说。“当我们要向外传球的时候，就必须意识到，‘踢球的时候不能像身处海平面上时那样用力过猛，不然的话，它就会飞离我们的目标范围。’”

此外，高原还会对不适应这里气候环境的球员在生理上带来重重困难。稀薄的空气，意味着空气中含氧量少，会给球员的呼吸造成困难。由于呼吸困难，通过运输，向正在工作状态中的肌肉递送的氧就得不到满足，造成球员肌肉僵硬痉挛的发生。因而人们需要对环境加以适应，人体才能产生出更多的血红细胞，以尽可能地携带更多的氧满足人体的重量需要。然而这种适应过程需要时间，所以有的球员需要在高原地区住上一段时间，或提前到达，使适应过程能够顺利完成。

会变线的球

梅塔还对新款的世界杯官方比赛用球，做了一些空气动力学方面的研究。为举办本届杯赛，阿迪达斯这一新款的比赛用球，名为Jabulani（祖鲁语意为“普天同庆”）。新板的足球，与以往往的足球有所不同，其表皮不是由14块组成，而是8块组成，因而此种表皮的足球，其粘合处的凸脊具有特殊的空气动力学特征。

与上届2006年的世界杯官方比赛用球“团队之星”（Teamgeist）有所不同，这次的比赛用球，做了一定的调整。当时阿迪达斯在发布此球时曾表示，该球是世界上最精准的比赛用球，但球员在过去的比赛中却抱怨，它的性能决非如阿迪达斯所表述的那样。

梅塔表示，“普天同庆”也许与“团队之星”一样，有时也会出现球在运行的过程中突然变线。

首先出现的这一问题我们称之为“knuckle-balling”。这种变线球会在球的运动过程中，球的轨迹会向不明方向发生偏离。产生这种现象的原因，是球在直线飞行的过程中，球体不产生旋转。（这就有点象子弹一样，如果子弹从枪膛里出来后，不经来福线加以旋转，子弹就会在射向目标的方向上发生翻转，子弹飞不了多远，也就失去了它应有的杀伤力。子弹的这种旋转，就是利用了物理学里的 “陀螺旋转”原理。译注）

具有讽刺意味的是，这种失去旋转的球，由于受到空气动力学方面的影响，会使球从正常的轨迹中发生偏离。这种球的球面并非完完全全地平滑，表皮与表皮之间的粘合部，都存在着接缝，球体表面的不平滑，正是由于有这些接缝处的凸边存在。球体表面的不规则致使球体在运行过程中，其四周产生不对称的气流，致使球体向气压小的方向上偏离。（如同飞机的机翼一样，机翼上下方气流是不一样的，上方气流的速度快，气压小，下方气流的速度相对慢，气压大，所以飞机才能在升力的作用下不至于落下来。译注）

由于这些新球有凸脊的存在，加上它的整体设计的一些缺陷，球员在球门区附近踢任意球时，在正常的出球速度下，很容易就会踢出这种能变线的球来。

这种会变线的球也并非一无是处，有时当球在最后一刻俯冲时，有利于门将将球托出。如果发现某些球员对球的落点预判能力很强时，在使用新球时，你可以相应地做一部分调整（造成对方在判断上的失误，译注），梅塔说。