足球比赛场上的物理学

发布时间:2015-02-12    编辑:物理学法小组    来源:网络&投稿

现在足球比赛风靡世界,是很受欢迎的体育运动项目之一。当你在欣赏比赛时,为自己喜爱的球星欢呼呐喊时,有没有想一下足球比赛中的物理现象,用物理学的眼光来欣赏足球比赛呢?

绝妙的弧线球(也就是人们常说的香蕉球):如果你经常观看足球比赛的话,一定见过罚前场直接任意球。这时候,通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”,挡住进球路线。进攻方的主罚队员,起脚一记劲射,球绕过了“人墙”,眼看要偏离球门飞出,却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及,眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。为什么足球会在空中沿弧线飞行呢?原来,罚“香蕉球”的时候,运动员并不是拔脚踢中足球的中心,而是稍稍偏向一侧,同时用脚背摩擦足球,使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时,一方面空气迎着球向后流动,另一方面,由于空气与球之间的摩擦,球周围的空气又会被带着一起旋转。这样,球一侧空气的流动速度加快,而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们:气体的流速越大,压强越小(伯努利方程)。由于足球两侧空气的流动速度不一样,它们对足球所产生的压强也不一样,于是,足球在空气压力的作用下,被迫向空气流速大的一侧转弯了。

最紧张的守门员扑点球:当守门员扑点球时,扑住球的成功与否与守门员的判断反应能力有关。因为点球的位置距离球门只有9.15米,射门时球速可以高达100千米/小时,这样球到球门所用时间大约为0.32秒,而人脑的反应时间大约为0.6秒。这样足球到球门所用的时间就会远远小于人脑的反应时间,所以守门员根本没有时间根据足球的运动路线做出相应的反应。因此能否扑住点球跟守门员对进球方向的预先判断直接有关。正是由于这种原因,我们在看点球大战时,有时会看到球明明是向球门左边飞去,而守门员却扑向球门右边。

运动员被绊倒时前趴:快速奔跑的运动员被对方运动员的脚或身体绊住时,都是向前倾倒。出现这种情况的原因是:人被绊前,人的上半身和下半身以相同的速度一起往前运动,人被绊时,人的下半身由于被绊住而停止了运动,而上身却由于惯性仍保持原来的运动状态继续向前,于是奔跑的运动员绊倒时会前趴。

神奇的疗伤──运动员受伤了喷雾疗伤:在足球比赛中,相互碰撞跌倒后,常看到运动员痛苦地用双手抱住腿,在地上翻滚。马上有医护人员迅速跑进场来,从药箱中取出一只瓶子,对着球员的伤痛处喷出一股白雾,一会儿伤员疼痛消失,马上就重新上场比赛了。这瓶中的药品是冷气雾镇痛剂,这是由氟氯甲烷配一些镇痛治伤药组成。这种药液喷到伤处迅速汽化成蒸汽,由于液体汽化时要吸收大量的热量,运动员受伤处温度将急剧下降,血管收缩神经麻木,起到了短时止痛的作用,再加上药物治疗作用,痛感就消失了,运动员就可以像没有受伤一样冲锋陷阵了。

你注意到守门员接球了吗?他是如何接的?当足球队员大力射门时,球速可以高达100千米/小时。这样大的速度可以赶上高速公路上的小轿车的速度,如果守门员用胸部来接球,那么胸部所受的力将高达1500牛左右;如果守门员用手来接球,手接球的力可以减少到500牛左右,这是由于通过手臂的运动使足球的制动距离延长3倍左右,使球速逐渐减小的缘故。

踢出的球在球场上滚动时总是越滚越慢,最后停下来。这是由于足球有惯性,踢出的足球要保持原来的运动状态,沿原来的运动方向继续滚动,但又受到了地面对足球的与运动方向相反的摩擦力,又由于力是改变运动状态的原因,这个阻力最终改变了足球的运动,使足球越滚越慢,最终停了下来。

你是否还注意到,踢高的足球在下落后,再也跳不到原来的高度,并且每次弹起的高度都会比上一次低?原来被踢到高处的足球具有一定的机械能,足球在下落过程中,由于足球和空气之间克服摩擦做功要损失一部分机械能;足球在碰撞地面时,发生形变也要损失一部分机械能,这样足球的机械能就会逐渐减小,所以足球弹起的高度就会越来越低。

在我们实际观赏足球比赛中,我们还能发现很多有趣的物理现象,用物理学的眼光来看足球是不是很精彩?

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