用物理学知识踢足球

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  2017年12月18日,清华大学教授葛惟昆在HiTC演讲大会上,用专业的物理学知识分析了足球体的材质与表面状态、点球的进球率、“电梯球”急速下坠的原理、同一初射角的不同初速的比较等。令人耳目一新的足球物理学受到了很多球迷的追捧,也让葛惟昆教授迅速走红。
  今年75岁的葛惟昆是土生土长的北京人,从北京大学物理系毕业后,他去了英国的曼彻斯特大学留学。一次,他在校园里散步,路过体育场时,看到那里正在进行足球比赛,在好奇心的驱使下,他驻足观看。那次之后,每到周末,他都会到体育场去看踢足球,就这样,他慢慢地喜欢上了足球。
  从20世纪90年代开始,每次看球赛,葛惟昆都会用笔记本画下每支球队踢球、进球所经过的路线,并且还画出了足球落下的状态和图形。然后,他亲自到球场上,按照笔记本上记下的踢球样式反复进行实验。
  真正让葛惟昆从物理学的角度去研究足球,缘于一场中国队的世界杯预选赛。在那场比赛中,尽管中国队拼尽了全力,却还是被拦在了世界杯的大门外。那天,葛惟昆坐在电视机前叹息之余,不禁在心里问了无数个为什么:中国是足球的发源地,究竟中国队缺少什么呢?
  葛惟昆带着这些问题,走进球场,他一次次将足球踢起,记录球的角度及下落的速度。那时他发现,初射角同为45度,却有着不同的初速。他趕紧把得出的数据画在坐标上,抛物线让“同一初射角的不同初速的比较”一目了然。
  那段时间里,葛惟昆专注于自己的足球物理学研究。有一天,他已经上床休息了,但灵感忽然涌出,他顾不上冬夜的寒冷,起床披上衣服,在书桌前不停地写画起来。为了使自己画出来的东西更具有说服力,第二天他又到球场,一边踢球,一边改进研究出来的数据。
  但是,千百年来,世界各国的球员们都是一样踢球的,用物理学的角度去踢球,真是闻所未闻,所以葛惟昆的做法被体育系的一些老师认为是“纸上谈兵”。有一次,为了证明球是直线射进球门快,还是弧形踢进去更快,葛惟昆与体育老师们争得面红耳赤。最后,他拉上体育老师到球场上验证,只为了证明他的答案是对的。
  2014年,葛惟昆根据多年论证得出的数据,录制了一部名为《足球运动与科学》的视频课程。课程里对各种球进行了详细的分解,比如为什么“香蕉球”会以诡异的弧线拐进球门。为了论证“香蕉球”,葛惟昆仔细地反复观看贝克汉姆是如何踢“香蕉球”的。从起脚到踢出球,再到球拐进球门的时间与速度,他准确地计算出一组组数据。在得出数据后,他又马上去球场进行实验。经过千百次的亲身体验,他终于得出了旋转的球体在飞行中因马格努斯定律而产生了偏转,这才使得“香蕉球”能够拐进球门。
  “电梯球”则是通过运动员的腰部和小腿发力,让足球初速度很快,同时不旋转,最后突然落下。“电梯球”看似轻松,但在球场里的操作中,葛惟昆发现,腰部和小腿发力,还是不能用同等的力。所以,速度不是不够快,就是球旋转了。为了实验这个“电梯球”,葛惟昆常把自己腿上弄得伤痕累累。最后,凭着韧性,他把这个难关拿下了。
  走红后的葛惟昆,每天依然在研究足球。他说:“我希望‘物理 足球’理论能够给球员们带来帮助,哪怕只是一个小小的改变,也要坚定信念,做给怀疑自己的这个世界看看。”
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