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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

让国产碳纤维更具竞争力******

　　让国产碳纤维更具竞争力(新知)

　　【现象】每束碳纤维都有4.8万根纤维，每根纤维直径只有头发丝直径的1/7到1/8，且纤维含碳量达到95%，强度是钢的7—9倍……前不久，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程生产线在上海石化碳纤维产业基地投料开车，生产出性能媲美国外同级别的合格产品。这意味着，我国在大丝束碳纤维生产和装备国产化方面，实现了重要突破。

　　【点评】

　　一束束白色原丝经过高温碳化，便可缠绕成一轴轴高性能黑色碳纤维。别看每根单丝身量纤纤，却强度高、抗摩擦、耐腐蚀，被称为“材料黑金”，可广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。它能让矗立于戈壁的风电叶片更轻巧，让疾驰于街巷的新能源汽车变得轻量化，让远在九霄云外的运载火箭更节省燃料，也能让鱼竿、球拍的耐久度大幅提升……实际上，碳纤维已深入千行百业，走进了千家万户。

　　按丝束规格的不同，有小丝束碳纤维和大丝束碳纤维之分。在业内，通常将每束碳纤维根数大于4.8万根的称为大丝束碳纤维。小丝束性能优异，但成本较高，大丝束在保持碳纤维优良性能的前提下，能大幅降低成本，从而为市场应用打开更大空间。

　　近年来，随着我国高新技术产业的壮大，碳纤维的市场应用也在不断拓展。数据显示，近10年来我国碳纤维需求加速增长。2021年需求量达到6.2万吨，同比增长27.7%。除了航空航天对碳纤维的需求保持增长，以风电叶片为主的新能源市场正成为拉动碳纤维产业发展的重要引擎，推动碳纤维产业跨入以工业应用为主的新阶段。同时，我国商用航空、无人机等领域装备持续升级迭代，在可预见的未来，碳纤维需求仍将保持快速增长态势。

　　在不断扩大的市场需求牵引下，我国碳纤维行业加快向更成体系、更高性能、更低成本的方向迈进。山西钢科已形成覆盖国内高性能碳纤维领域主要品种的生产能力，中复神鹰推出年产3万吨高性能碳纤维建设项目……一段时间以来，在政策加力和企业努力下，我国不断取得碳纤维制备和应用关键技术的新突破，相关产能持续跃升，自给率不断提高。国产碳纤维的市场份额从2019年的31.7%攀升至2021年的46.9%。也应看到，国产碳纤维的性能与质量稳定性尚有不小提升空间，短期内碳纤维核心装备仍需依赖进口。在关键核心技术上打造创新矩阵，加快形成具有国际竞争优势的运行产能，是我国碳纤维产业面临的现实挑战，也是实现高质量发展的长远目标。

　　党的二十大报告提出：“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能、生物技术、新能源、新材料、高端装备、绿色环保等一批新的增长引擎。”这为我国碳纤维产业带来了新的发展机遇。我国门类齐全、独立完整的工业体系和超大规模市场优势，为碳纤维市场应用创造了丰富场景；规模庞大的研发队伍和持续涌现的创新型市场主体，为碳纤维技术创新提供了有力支撑。保持自主创新的战略定力，持续锻长板、补短板，定能更好激发新材料产业发展动能，为经济社会高质量发展注入汩汩活力。(人民日报 韩鑫)

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）