绕过人墙、半路转弯 怎么在世界杯踢出超帅“香蕉球”?******
又到了四年一度的世界杯
不知道大家是否还记得
2018届世界杯中
葡萄牙和西班牙相遇的小组赛
C罗在最后时刻力挽狂澜
踢出被解说员叹为
“翩若惊鸿,宛若蛟龙”的
“C型”任意球,扳平比分
被踢出的球为什么会迅速升降?
又为什么会“拐弯”呢?
首先我们来了解一下任意球
任意球是啥?
任意球是罚球的一种。它是一种在足球(或手球)比赛中发生犯规后重新开始比赛的方法。
任意球分两种:直接任意球,踢球队员可将球直接射入犯规队球门得分;间接任意球,踢球队员不得直接射门得分,球在进入球门前必须被其他队员踢或触及。判罚前场任意球后会使用一种泡沫喷剂划定球的摆放位置,以及人墙的站位,发任意球时需要用手触球,然后在裁判哨响后踢球。
香蕉球?能吃吗?
事实上,C罗踢出的这种任意球在足球比赛中并不少见。
在1997年,在巴西对法国的一场足球比赛中,巴西足球运动员Roberto Carlos,在没有通向球门的直接路线的情况下,从35米外开出一个任意球。他的射门使球飞过球员,并在快要出界的时候急转向左,砸入球门。
图源:网络 香蕉球图解
球的突然拐弯让在场球员,特别是法国守门员根本来不及反应。这个史上最漂亮,最具标志性和最违反物理学定律的任意球,被叫作“香蕉球”。法国物理学家对此研究了数年,终于用“马格努斯效应”解释了这个问题。
马格努斯效应
图源网络
当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时,在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现象。这是流体力学中的一种现象。
图源:陕西师范大学物信院 马格努斯效应示意图
旋转物体之所以能在横向产生力的作用,是由于物体旋转可以带动周围流体旋转,使得物体一侧的流体速度增加,另一侧流体速度减小。
是不是听得云里雾里?
香蕉球轨迹
球在气流中运动时,如果其旋转的方向与气流同向,则会在球体的一侧产生低压,而球体的另一侧则会产生高压。运动员的用力方向朝右,所以足球逆时针旋转。拐点处足球左侧产生低压,右侧产生高压,这样就导致足球存在横向的压力差,并形成向左侧的力。
图源:NKPhysics
根据物理公式,距离越远,速度越慢,球偏离角度也就越大。因此,我们能看到在香蕉球运行的末尾时刻,会发生更剧烈的偏转,给守门员一个巨大的“惊吓”。
我也能踢出和C罗一样的球吗?
回到文章开头提到的C罗“力挽狂澜”的任意球,这一球不止踢出了上述“香蕉球”的概念,同时也混合了“电梯球”,即指大力踢出的足球,下落很快,像是从电梯上下坠,它实际上是高速飞行的足球受到重力和大雷诺数阻力下的运动轨迹。
图源: 中国物理学会期刊网 皮尔洛的“电梯球”
葛惟昆教授解释说:“踢出电梯球的一大关键要素,就是球的初始速度要快。”要踢电梯球,球的初始速度应该接近150公里/小时,没错,就是一辆车在高速公路上狂飙的速度。
图源:科学世界
研究人员在进行场景模拟时发现,要想让100公里/小时以上速度的任意球避开人墙(假定在距离约9米远的位置有5名身高1.8米的对方球员并排)成功射门,球离开地面时与地面的夹角必须控制在15°~17°之间,也就是仅有2°的精度范围(在距离球门25米的位置,踢出转速为每秒8转的侧旋弧线的情况)。
如果是足球,以每小时90千米的速度每秒旋转8转,球会在这个距离内弯曲3米以上。
图源见水印
而踢出弧线的关键在于,落脚点在偏离球心的位置,偏离球心的幅度越大,球的转速越快。有研究人员称,安德烈亚皮尔洛等优秀的任意球球员会使球的旋转轴倾斜角度大于侧旋,让马格努斯力倾斜向下发挥作用,从而踢出“球速快、大幅弯曲的同时又急剧下沉的”球路。
资料来源:科学世界、中国物理学会期刊、科技日报、天津科普说、NKPhysics
整理:董小娴
孕育中国美的课堂******
外形仿如巨龙的国家雪车雪橇中心“雪游龙” 资料图片
中国哲学文化海报系列之天地人和 胡书灵/资料图片
天津独乐寺观音阁手作构造 施晴/资料图片
止水 高与浓/资料图片
高架桥下模块化立体停车场设计 杜鹤蒞/资料图片
2016年G20杭州峰会会标设计 资料图片
【学人谈】
美术教育以美学知识和技能的培养为基础,其主要目的是延续和发展美术知识与技巧,满足公众精神和文化的需要。艺术设计是兼顾了美术和设计的实用艺术,在设计学中,艺术设计教育是融审美趣味、功能原理、科学技术以及创新能力培养于一身的知识体系。艺术设计教育培养的是各行各业服务于国家战略、经济发展、百姓生活的实用型设计人才,作为美育的延展,它的成果不仅反映了教育的质量,也能够反映出社会经济、人民生活和科技文化的发展水平。因此,高校对于艺术设计人才的培养不容忽视。
在高校艺术设计课堂上,优秀艺术设计人才培养应扎根于以文化创造美,以道德培育美,以社会创新推动美,让艺术设计的高等教育助力推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变。
以文为美,厚植文化教育
选择艺术设计专业的高考生源一般都具有较扎实的美术基础,艺术设计类高校也会更加注重美术技能的训练和设计能力的培养。但技术终究只是表达美的手段,文化才是创造美的核心。高校的艺术设计教育要引导学生领悟中华文化内涵,把握时代特征,学会将民族文化与民族精神进行视觉化、形象化呈现。
鲁迅美术学院教师在一年级的“设计创意思维”课堂上对于中国历史和中国哲学进行重点讲授,以丰富的设计案例引导学生了解如何用设计语言讲好中国故事,展现中国形象。如2008年北京奥运会视觉形象设计、2010年上海世博会中国国家馆设计、2016年G20杭州峰会会标设计、2022年北京冬奥会形象及景观设计等,这些案例运用“中国印”“斗冠”“中国桥”“大熊猫”“中国龙”等符号或元素,为我们在课堂上启发学生领悟中国设计的文化内涵提供了示范。
在教学和创作中,教师的作品也可以为学生提供启发。如笔者的设计作品《中国哲学文化海报系列之天地人和》,体现了一种运用抽象语言表达中国传统哲学观念的方式:“天地人和”即天时、地利、人和,圆形代表“天圆”,多组方型线框代表“地域之方”,三角图形则象征向内聚合的人气,对称构图和沉稳的红色均传递出中华传统美学的深厚底蕴。
以德育美,培养责任担当
青年学子要涵养正气之德,要想国家之所想、急国家之所急、应国家之所需。当下,各行各业不仅要延续“中国制造”优势,还要奋力向中国创造、中国质量、中国品牌转变。在艺术设计课堂上,我们通过“品牌设计”的教学实践,带领学生参与民族品牌的设计合作。例如在“海娃渔获”餐饮企业VI设计中,方案采用正负形的形式,标识形象如“龙行踏绛气”,既表现了产业属性,也寓意了品牌的地位;包装设计采用黑金配色,体现出系列产品的高雅格调。通过这类实践活动,学生们真正懂得了如何将中国传统文化与现代国际化视觉语言相结合,并且在设计实践中体会到与民族品牌共同成长的获得感与成就感。
作为未来的设计师,艺术设计专业的学生是美育的受益者,也是美育的传播者。优秀的艺术设计人才要以美启智,以德育美,要有扎实钻研和精益求精的精神,不能一味地彰显个性而哗众取宠。对于艺术设计教育而言,传承工匠精神是重要的德育途径,为此我们在课堂上引入“中国大师”系列故事,用先贤的思想和品格启发学生。如在“建筑构造”课程中,向学生们讲述建筑大家梁思成的学术思想和人生追求,引导学生在作品中深入挖掘中华民族精神和地域特色。在课后作业《天津独乐寺观音阁手作构造》中,学生完成了对优秀中国古典建筑的深入分析和再造,通过学习、理解和搭建,深刻领悟中国古典建筑所蕴含的工匠精神,用自己的双手再现中国建筑之美。
以创新推动美,助力社会发展
创新思维是艺术设计的源头活水。在艺术设计领域内实现传统文化的创造性转化、创新性发展,是在具备扎实的文化和技术基础上,通过与人与社会的衔接而得以真正实现的。在指导毕业设计的课堂上,我们鼓励学生关注社会热点、思考社会现象,为解决社会发展问题提供助力,强调设计选题体现社会价值,积极践行创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。建筑设计作品《止水》,便是基于对隐匿性抑郁症患者康复空间的关注,提出城市康健中心的创新设计。水天之间,建筑与自然环境融合共生,营造出一方令人内心宁静的休憩场所。又如设计作品《高架桥下模块化立体停车场设计》,在对城市道路空间的再利用进行深入思考后,设计者提出对高架桥下的闲置空间加以改造,这一设计可以充分提升城市道路空间的利用率,为城市的发展规划提供了有益的思路。
以设计解决问题、以设计助推发展,我们在课堂上引导学生持续关注艺术设计与人、与社会、与环境之间的关系,以文化创造美,以道德培育美,以社会创新推动美——只有这样,才能真正做到与时俱进,做出百姓喜闻乐见的产品和设计。而这,也是激发艺术设计人才前瞻力、创造力的根本。
(作者:胡书灵,系鲁迅美术学院副教授;杜鹤蒞,系鲁迅美术学院讲师)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)