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

【草原宝藏4】史前瓮城——后城咀石城******

【遗址名片】

龙山时代 距今约4300年-4000年

位于呼和浩特市清水河县宏河镇境内

2019-2022内蒙古自治区考古研究院发掘

　　石城是一种防御、守护。北方地区石城文化与中原地区的夯土城、长江流域的堆土城等，形成早期中国的城市建筑区域体系。

　　在内蒙古自治区清水河县黄河边上发现的后城咀石城，距今约4300年—4000年，是一处具备完整防御体系的史前瓮城遗迹，其年代与陕西神木石峁石城遗址同期或略早。

　　后城咀石城由瓮城、外城、内城构成，是目前内蒙古中南部已知规模最大、等级最高的史前时期石城址，初现龙山时代的“古国”雏形。

　　目前发掘已经辨明了后城咀石城由双壕沟、内外瓮城以及城墙构成的半月形防御建筑，是我国北方已知最早较为完整的城防体系。

　　2019年—2022年，内蒙古自治区考古研究所对后城咀石城进行可考古发掘，累计发掘瓮城面积3000余平方米，揭露城垣、城门、马面、台基、墙垛、壕沟等遗迹二十余处，出土玉刀、玉环、陶鬲、陶瓮等重要文物十余件。

　　通过对石城瓮城的考古发掘，发现瓮城是由外瓮城、内瓮城构成，外瓮城土坯建造的台基是河套地区龙山时代发现最早的土坯式建筑。连接瓮城内外的地下通道在国内史前时期属首次发现。

　　这些新的发现对于推进河套地区文明化进程研究、探索河套地区史前聚落与文化的变迁历程，深化龙山时代石城聚落的源流与空间关系研究，探讨中国北方地带史前文化与文明起源研究，以及揭示早期中国的文明基因都具有极为重要的社会价值。

　　经过对比研究发现，后城咀石城的双重壕沟和半坡遗址、哈民遗址、凌家滩遗址有着相似之处，内外瓮城的空间结构布局方式具有石峁和下塔古城的结构特征，外瓮城发现的土坯垒砌的台基建筑特点与仰韶文化台口类型、良渚文化以及屈家岭文化的土坯建筑特点有共同之处，壕沟内出土的野猪下颌骨可能用于祭祀，与大汶口、龙山、石家河、齐家等考古学文化出土的猪下颌骨功能相同。

　　内蒙古龙山时代石城作为河套地区早期文明发展进程的重要支撑点之一，历经数十年的探索、研究，厘清了龙山时代石城文化内涵和社会组织结构，同时也进一步挖掘了龙山时代石城在漫长而复杂的文化演变和早期中国形成过程中所占据的重要地位，为研究河套地区龙山时代早期国家框架的形成提供了至关重要的考古资料。

后城咀石城遗址。新华网发

　　后城咀石城址的考古发掘与研究，对构建中华文明标识体系，证实中华文明延续不断、多元一体、兼收并蓄的发展脉络，丰富中国文化“满天星斗”的区系特征，阐释黄河文化深厚内涵等都具有重要社会价值，为中华文明多元一体格局的形成提供了重要实证材料。

　　后城咀石城遗址城门发掘目前不过3000多平方米，如果对居住区、墓葬区进行考古发掘，更多考古的信息将揭秘，十分令人神往。

　　出品人：曹建恩

　　制片人：王宇天

　　顾问：孙金松

　　史料指导：孙金松 李亚新

　　总监制：李国栋 赵建华

　　统筹：张瑞锋 侯 俊 刘艳春 王贵兵

　　监制：郝芳芳 乌兰托娅

　　策划：徐红梅

　　编导：徐红梅

　　文字：徐红梅

　　解说：刘弘轩

　　拍摄：何晓东 吴佳明 呼很苏力

　　剪辑：杨占青

　　宣发：武杨

　　页面设计：李新 张瑞娟

　　出品：新华网内蒙古频道

　　内蒙古自治区文物局

　　内蒙古博物院