⚛ 物理

踢出去的足球为什么飞着飞着就慢下来了

看完这篇你会知道,空气和重力如何联手让飞行中的足球持续减速,以及足球表面的粗糙设计其实是在帮球"偷距离"

你有没有留意过,球员大力踢出一脚远射,足球离脚的那一刻呼啸而去,但飞到一半就明显"泄气"了,落点往往比预想的近?这不是球员力气不够,也不是你的错觉——足球在空中确实一直在"刹车"。

是谁在给足球踩刹车?

罪魁祸首是空气。别看空气摸不着,它其实是个很"黏"的东西。足球飞出去的时候,要硬生生地把前方的空气推开,空气不乐意,就往回推球,这个往回推的力,物理上叫"空气阻力"。你可以想象一下,在游泳池里快速挥臂,水"阻着"你手的那种感觉——空气对足球干的,就是同一件事,只是程度轻一点。

更关键的是:足球飞得越快,空气阻力就越大。这就像你骑自行车,速度越快,迎面风吹得越猛,腿要蹬得越使劲才能维持速度。足球没有发动机,踢出去之后就再也没有额外的推力了,所有的能量只会越用越少,速度自然越来越慢——物理学把这个过程叫"动能耗散",通俗说就是"能量被风吃掉了"。

足球身上那些坑坑洼洼有什么用?

说到这里你可能要问:足球表面凹凸不平的拼块,不会让阻力更大吗?恰恰相反。这是足球设计里最聪明的地方之一。光滑的球面反而会让空气在球的后方形成一个"大尾巴"——一团乱糟糟的涡流,像拖油瓶一样拽着球。而粗糙一点的表面,能让空气更"贴"着球流过去,尾部的涡流变小,反倒减少了阻力。

高尔夫球上那些小圆坑,原理完全相同,科学家测试过,有凹坑的高尔夫球比光滑的能飞将近两倍远。足球的拼接缝线,扮演的是类似角色。所以,足球表面"丑"一点,不是缺点,是在偷偷帮球多飞一段距离。

除了空气,还有谁在拖后腿?

还有一个藏在地心里的大手——重力。重力时刻往下拉着足球,让它飞行的路线变成一条弧线而不是直线。球飞到最高点的时候,它需要同时对抗空气阻力和重力,消耗能量最快;过了最高点往下飞,虽然重力变成了"顺风车"帮着加速,但空气阻力照样在抵抗,所以落地前那段速度反而比飞行中段复杂得多。专业运动员踢远射的时候,选择45度左右的角度起脚,就是在空气阻力和重力之间找最优的平衡点,让球尽可能飞远。

冷知识:在没有空气的月球上踢一脚足球,它会保持离脚时的速度一直飞,永远不"刹车"——当然,也没有守门员能追得上它。