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原文赏析:
大卫·贝克汉姆和罗伯特·卡洛斯在他们的足球生涯中踢出了一些令人惊叹的任意球,这些球仿佛在空中摆脱了物理学的束缚。而在所有这些精彩的任意球中,最令人惊叹的恐怕就是卡洛斯在1997年四国邀请赛上巴西对阵法国时踢出的那个球了。这个任意球的位置离球门有30米远,在这种情况下,大多数球员都会将球开给其他队员,再继续进攻。卡洛斯则不然,他将球摆好,拉开架势准备要射门了。
法国队的守门员法比安·巴特兹在球门前方布好了人墙,他并不真的相信卡洛斯能够直接威胁到他的球门。果不其然,卡洛斯将球开出后,看起来偏得不是一点半点。球门后方的观众纷纷闪躲,以免被飞来的足球砸到。然而,突然之间,足球在最后一刻急剧左转,击中门柱内侧弹进网窝。巴特兹简直无法相信自己的眼睛,他几乎分毫未动。“这球是哪门子的飞法啊?” 巴特兹显得一脸迷茫。
然而,卡洛斯的这脚射门远未超越物理学范畴,他只是充分利用了足球飞行的规律罢了。当足球旋转起来后便会划出令人吃惊的轨迹。如果将球径直踢出,不让它产生任何旋转,那么,它的运动轨迹就像是二维纸面上的抛物线一样。而如果在施加一些旋转,其运动轨迹的数学模型转眼就变成了三维立体的。此时,足球在向上和向下运动的同时,也会发生左转或右转。
那么,到底是什么力将空中的足球牵引至左侧或右侧呢?这是一种被称为马格努斯效应的力,以发现者德国数学家海因里希·马格努斯的名字命名。他在1852年首次提出了对球体旋转效应的解释(德国人一向擅长足球运动),其原理和飞机机翼的提升原理相似。机翼上下的空气流速差导致上下两边的气压差,机翼上方气压较低,下方气压较高,从而制造出一种提升力将机翼拉起。
要让足球从右往左转,卡洛斯在为足球施加旋转力的时候,需要让球的左侧向他本人的方向旋转(围绕贯穿球体的垂直轴心)。这样的旋转就会牵引足球左侧的空气更快地向后流动,从而使左侧的气压降低,这一点和飞机机翼上方发生的状况...
我们可以轻易体验到由不同风势带来的各种类型的气流。手持旗帜(或一块布条)沿直线向前走,旗帜会在你身后漂浮摇曳。再试试在更大的风速中做同样的事情,或者在开动的汽车中将旗帜挥舞出窗外,或者在强风中手持旗帜能跑多快就跑多快,此时,旗帜肯定会狂飞乱舞。之所以产生上述差异,原因就是在不同速度之下,空气会对旗帜这样的物体发挥不同的作用。在低速的情况下,可轻易预期气流状况,但在高速情况下,气流状况则变化莫测。
这种从湍流到层流的转变会对任意球造成何种影响呢?结果证明,混沌湍流给球体造成的阻力要小得多。因此,当足球快速飞行时,其中的旋转力并不能对飞行方向发挥多少作用,因此,旋转力在大部分飞行路径中被分散了开来。当球体速度转慢,经过临界点后,湍流便让位给层流,后者将带来更大的阻力。就像驾驶员猛踩刹车那样,空气阻力会突然剧增150%。此时,旋转效果便凸显了出来,球体会突然发生剧烈转向。增加的阻力也会加强提升力,使马格努斯效应增加,更有力地把足球引向另一侧。
因此,卡洛斯需要一段足够远的距离,在用力踢球以达到混沌湍流效果后,使足球在越出边线之前减速并转向。当足球以110千米/小时的时速飞出时,周围的气流状况是混沌的,而当行程过半,速度减慢后,湍流则变为层流。刹车被踩下,旋转力跟进,转眼间,巴特兹把守的球门即告失守。
并非只有足球运动受到这个数学法则的影响。我们在乘坐交通工具时也会遇到混沌状态,特别是坐飞机时。大多数人听到“湍流”一词,马上就会联想到飞机在混乱的气流中震荡,空乘人员发出“请系好安全带”的指令。飞机时速远远大于足球的飞行速度,而机翼上方的混沌气流——湍流——增大了飞机的飞行阻力,这就意味着要消耗更多的燃料,从而增加飞行的成本。
一项研究表明,如果能将湍流阻力降低10个百分点,便可让一条航线的盈利水平提升40%。航空工程师们一直在试图通过改变机翼表面机理,降低气流混沌程度。其中...
如果读者对其中有些符号不太了解的话,也不必大惊小怪,因为并没有多少人真正了解它们!而对于那些懂得数学语言的人来说,这些方程式中隐藏着预测未来的那把钥匙。它们是如此重要,谁能首先解出它们,便可获得一百万美元的奖励。
量子物理学创始人、伟大的德国物理学家维尔纳·海森堡曾经说过:
见到上帝时,我要请教他两个问题:相对论以及湍流。我相信他一定给得出第一个问题的答案。
当卡洛斯被问到他是如何发现这种剧烈转向的秘密时,他回答说:
从小我就反复练习任意球的精准技法。通常在每次训练后,我都会抽出至少一小时时间,进行额外的任意球精准度练习。万事莫不如此,投入的辛苦和汗水越多,你就能得到越多的收获。
我想这同样适用于数学。一个问题越困难,你解出该问题获得的满足感就越强。因此,当数学运算越来越艰深,想想卡洛斯所说的:“投入的辛苦和汗水越多,你就能得到越多的收获。”而当你解开史上最大的一个数学谜团时,所有人都会像巴特兹那样盯着落网的足球,充满迷惑地说道:“天啊,他是怎么做到的?”
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什么格式都有的呀。
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书籍真实打分
故事情节:4分
人物塑造:6分
主题深度:5分
文字风格:8分
语言运用:5分
文笔流畅:7分
思想传递:7分
知识深度:5分
知识广度:6分
实用性:9分
章节划分:7分
结构布局:6分
新颖与独特:9分
情感共鸣:9分
引人入胜:8分
现实相关:4分
沉浸感:3分
事实准确性:5分
文化贡献:7分