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诡异的“S形任意球”
2010年北京时间7月3日凌晨2点30分，南非世界杯在约翰内斯堡的足球城球场开始了乌拉圭对加纳的决赛。在下半场第55分钟时，加纳的禁区右侧角外2米，乌拉圭获得了一个宝贵的任意球机会。乌拉圭队长弗兰将球摆好，助跑了4步，用内脚背踢向足球的侧下部，“普天同庆”迅速飞了起来，高高越过了三名防守球员组成的人墙。可是，当球越过人墙后，意料不到的事情发生了：突然转向去了远角，并高速下坠。原以为只是“香蕉球”而做好接球准备的加纳门将金森，顿时失去位置，只能原地跳起，试图伸展手臂救球，但还是没能摸到足球的边——球进了I金森一脸困惑，弗兰的这个直接任意球被媒体纷纷称为“S形任意球”。
早在1667年，23岁的牛顿就开始对“香蕉球”进行了研究，并给出了深刻见解：当一个球体在旋转的时候，一侧比另一侧更猛烈地挤压气体，由此能够引起更大的阻碍作用。1877年，德国物理学家马格努斯第一个正确地解释了该现象：一个沿着对称轴旋转的圆柱体，在垂直对称轴的气流中会受到一个侧向力的作用。1904年，普朗特发现，在流体中的一切物体，无论是飞机、炮弹，还是鱼儿、蝌蚪，都裹着一层层看不见的流体衣服，简称为边界层。
在空气中直线不旋转滑行的球体也是如此，紧贴着球体的一层空气就像件紧身衣，形影不离地跟着球体运动，速度的大小和方向与球体相同。在这层紧身衣外面的那层就像件宽松点的衬衫，随着紧身衣运动，再外面一层更宽松……直到最外面一层，宽松得基本上不随球体旋转。
当球体旋转着前进时，如果站在球体上，我们就会发现，球体总有一面是迎着风勇往直前，另一面则是顺着风顺坡骑驴。边界层里的空气顺着球体表面向后运动时，早早就被脱掉甩到后面去了，而顺坡骑驴的那一面的空气在边界层里能拖就拖，比勇往直前那面晚了许多才被脱掉。这样，就形成了一个低速区。球体很害羞，总想把赤裸的一面挡在身后，所以就慢慢朝向顺坡下驴那一面飞去了，于是形成了“香蕉球”!由此，我们便能看懂弗兰的那个任意球的特点：“香蕉球”来自于足球的快速旋转，而快速旋转来自于他出球时瞬间的抹球，用鞋带部分触球能增大球体旋转的转速。
如果球体转速足够高的话，勇往直前一面的空气就会裹得很严实，流过球表面的速度较低，压力较大，从而减弱了赤裸部分对应的低速区，球体就会往顺坡下驴的一面运动。随着速度下降，球体又会瞬间转向勇往直前一面。转弯的瞬间，转速相对增加，球体运动的方向就会飘忽不定。因此，弗兰发出的那个球便出现了诡异的S形。
都是空气动力学使的坏
南非虽不是喜马拉雅山脉，也不是安第斯高原，但此次南非世界杯的决赛举办地约翰内斯堡的海拔最高达1800米，其他四个比赛场地——比勒陀利亚、布隆方丹、波罗瓜尼和勒斯滕堡海拔都在1150～1450米之间。这高海拔的气候与气流对球员的生理、心理乃至整个比赛都是个极大的挑战。
高原海拔的温度会对空气密度产生影响。在垂直方向上，气温每上升10℃，空气密度就会降低3个百分点。而大气密度的降低，在一定程度上会改变足球飞行的空气动力学。换句话说，大气密度的降低会直接影响着足球在空气中运行的速度和旋转的弧度。
高海拔究竟会对比赛产生怎样的影响?我们以一次从禁区外正对球门18米的地方瞄准球门左上角的射门为例。在海平面环境下，这脚射门完成后，足球的飞行速度是每秒22.8米，它将在0.817秒之后越过球门线。而在海拔1700米的高度完成同样的射门之后，由于阻力与空气密度是成比例的，球速会超过在海平面环境下的射门，球会在0，801秒之后过界。由于球体下坠的时间被缩短，足球最终将被球门横梁给挡住。
再以一个从同样地点以不同方式完成的射门为例。这次的射门要绕过球门前的防守球员人墙，这需要通过运用侧旋，生成一种所谓的“马格努斯力”使球体的运行轨道发生弯曲。在海平面环境下完成射门之后，足球的飞行速度是每秒20米，它会绕过防守人墙的右边，在1.114秒之后飞入球门左上角。而在约翰内斯堡，由于较低的空气密度减少了空气阻力和球体的旋转效果，这脚射门将会掠过横梁或者击中人墙。
因此，在这种情况下，球员就必须了解足球飞行状况的细微变化，必须比平时瞄准得更低一些，学会踢在球体更低的部位，以制造更快的旋转速度。习惯了足球在海平面环境下飞行规律的防守球员也同样需要适应，他们要比平时更快地做出反应，否则，就只能眼睁睁地看着足球从他们张开的手指尖飞入网中。在乌拉圭对阵加纳的决赛中，弗兰的“S形任意球”就是拜高海拔的空气动力学所赐。
普天似乎并不同庆
南非世界杯的专用足球“普天同庆”也与以往使用的足球不同。相比过去的14块皮片，“普天同庆”仅有8块皮片。阿迪达斯首次采用球形制模的方法使每一块表皮都实现三维立体结构，再以热粘合技术拼接完成，从而使新球更圆、运行更精准。新款足球表面还有空气动力学凹槽，且通过了严格的风洞测试。总之，稳定性提高了30％。阿迪达斯公司说它是世界上最精准的足球。然而，人们对这似乎并不领情，球员们都抱怨“普天同庆”跟他们习惯踢的足球不同，责怪它不好使，特别明显的就是大牌球员的长传球失误增加。
球员之所以责怪“普天同庆”不好使，是由于它在正常的出球速度下，运动轨迹会向不明方向发生偏离，即为人们所说的“慢速变化球”。“普天同庆”的球面并非完完全全地平滑，表皮与表皮之间的粘合处都存在着接缝。正是由于这些接缝处的凹槽存在及球面的不规则，再加上空气动力学的影响，致使球体在运行过程中，其四周产生不对称的气流，导致球体向气压小的方向上偏离。
葡萄牙的C罗正是擅长发出这种很少旋转的任意球的高手，但在本届世界杯赛中，真正射出惊世骇俗的慢速变化球，只有日本球员本田圭佑。对丹麦的比赛中，他在距离球门37米的位置，射出时速107千米的任意球，“普天同庆”呼啸着飞向球门底角，让丹麦守门员索伦森扑救不及。
完美点球暗存玄机
世界杯上，没有什么比点球大战更牵动人心。在本届世界杯上，乌拉圭队的阿布鲁用“勺子”淘汰了加纳队，继1970年墨西哥世界杯后，时隔40年后再次杀入世界杯四强。而在塞尔维亚对德国的比赛中，波多尔斯基罚失点球，这是德国人自1974年以来第一次在常规时间内点球不进。
什么样的点球是不可扑救的，科学家们一直津津乐道。在仔细研究了装在球网后面的高清晰摄像机录制的比赛视频之后，利物浦约翰摩尔大学的凯贝尔教授给出了踢出一记完美点球的具体数据：球越过门线时必须正好在横梁下方0.5米和立柱内侧0.5米的方形区域内；球速必须超过104千米／小时：助跑距离为5～6步：罚球队员必须从16米处开始助跑，并与球形成20～30度的角度。
在最近一些研究报告中，视觉注意力和视线控制理论为点球的科学研究提供了更多的视角。通过使用头戴式红外线眼球追踪相机，荷兰的研究人员发现，守门员球衣的颜色也会影响到射门队员的视觉注意力。切尔西门将切赫就喜欢穿明亮的橙色球衫，因为他相信，这种球衣会吸引对方球员的注意力，使他们更有可能将球直接射向他。英国运动心理学家们证实了切赫的想法，他们安排了40名球员连续一星期面对同一名守门员罚点球。当守门员身着红色时，点球命中率只有54％；黄色为69％i蓝色为72％；绿色为75％。红色代表危险、掌控或者愤怒，在紧张气氛下，我们会对它给予更多的关注。像切赫这样经验丰富的门将自然会利用这些对他有利的信息。所以，研究人员伍德建议：罚球队员的最佳策略是，选择一个目标，然后把球朝那儿踢，在这个过程中就当守门员不存在。
尽管如此，倒在点球这块巨大的绊脚石面前的球坛巨星仍不乏其人，究其主要原因，两个字压力。在点球时，守门员的心理压力是世界上任何人都无法感同身受的：如果点球罚进了，人们会拍拍他肩膀说他运气不好：但如果他扑出了这粒点球，人们就会把他捧上天。可以说，所有的重担都在罚球队员的肩上，有些球员罚进点球后仍很紧张。想象一下：世界杯上点球决战时，你站在中线附近，一路走向球门，捡起球，放好，退后几步，国家的希望全部寄托在你身上。这一段糟糕的时间长得足以让你感觉失去控制，再也无法集中注意力……
2010年北京时间7月3日凌晨2点30分，南非世界杯在约翰内斯堡的足球城球场开始了乌拉圭对加纳的决赛。在下半场第55分钟时，加纳的禁区右侧角外2米，乌拉圭获得了一个宝贵的任意球机会。乌拉圭队长弗兰将球摆好，助跑了4步，用内脚背踢向足球的侧下部，“普天同庆”迅速飞了起来，高高越过了三名防守球员组成的人墙。可是，当球越过人墙后，意料不到的事情发生了：突然转向去了远角，并高速下坠。原以为只是“香蕉球”而做好接球准备的加纳门将金森，顿时失去位置，只能原地跳起，试图伸展手臂救球，但还是没能摸到足球的边——球进了I金森一脸困惑，弗兰的这个直接任意球被媒体纷纷称为“S形任意球”。
早在1667年，23岁的牛顿就开始对“香蕉球”进行了研究，并给出了深刻见解：当一个球体在旋转的时候，一侧比另一侧更猛烈地挤压气体，由此能够引起更大的阻碍作用。1877年，德国物理学家马格努斯第一个正确地解释了该现象：一个沿着对称轴旋转的圆柱体，在垂直对称轴的气流中会受到一个侧向力的作用。1904年，普朗特发现，在流体中的一切物体，无论是飞机、炮弹，还是鱼儿、蝌蚪，都裹着一层层看不见的流体衣服，简称为边界层。
在空气中直线不旋转滑行的球体也是如此，紧贴着球体的一层空气就像件紧身衣，形影不离地跟着球体运动，速度的大小和方向与球体相同。在这层紧身衣外面的那层就像件宽松点的衬衫，随着紧身衣运动，再外面一层更宽松……直到最外面一层，宽松得基本上不随球体旋转。
当球体旋转着前进时，如果站在球体上，我们就会发现，球体总有一面是迎着风勇往直前，另一面则是顺着风顺坡骑驴。边界层里的空气顺着球体表面向后运动时，早早就被脱掉甩到后面去了，而顺坡骑驴的那一面的空气在边界层里能拖就拖，比勇往直前那面晚了许多才被脱掉。这样，就形成了一个低速区。球体很害羞，总想把赤裸的一面挡在身后，所以就慢慢朝向顺坡下驴那一面飞去了，于是形成了“香蕉球”!由此，我们便能看懂弗兰的那个任意球的特点：“香蕉球”来自于足球的快速旋转，而快速旋转来自于他出球时瞬间的抹球，用鞋带部分触球能增大球体旋转的转速。
如果球体转速足够高的话，勇往直前一面的空气就会裹得很严实，流过球表面的速度较低，压力较大，从而减弱了赤裸部分对应的低速区，球体就会往顺坡下驴的一面运动。随着速度下降，球体又会瞬间转向勇往直前一面。转弯的瞬间，转速相对增加，球体运动的方向就会飘忽不定。因此，弗兰发出的那个球便出现了诡异的S形。
都是空气动力学使的坏
南非虽不是喜马拉雅山脉，也不是安第斯高原，但此次南非世界杯的决赛举办地约翰内斯堡的海拔最高达1800米，其他四个比赛场地——比勒陀利亚、布隆方丹、波罗瓜尼和勒斯滕堡海拔都在1150～1450米之间。这高海拔的气候与气流对球员的生理、心理乃至整个比赛都是个极大的挑战。
高原海拔的温度会对空气密度产生影响。在垂直方向上，气温每上升10℃，空气密度就会降低3个百分点。而大气密度的降低，在一定程度上会改变足球飞行的空气动力学。换句话说，大气密度的降低会直接影响着足球在空气中运行的速度和旋转的弧度。
高海拔究竟会对比赛产生怎样的影响?我们以一次从禁区外正对球门18米的地方瞄准球门左上角的射门为例。在海平面环境下，这脚射门完成后，足球的飞行速度是每秒22.8米，它将在0.817秒之后越过球门线。而在海拔1700米的高度完成同样的射门之后，由于阻力与空气密度是成比例的，球速会超过在海平面环境下的射门，球会在0，801秒之后过界。由于球体下坠的时间被缩短，足球最终将被球门横梁给挡住。
再以一个从同样地点以不同方式完成的射门为例。这次的射门要绕过球门前的防守球员人墙，这需要通过运用侧旋，生成一种所谓的“马格努斯力”使球体的运行轨道发生弯曲。在海平面环境下完成射门之后，足球的飞行速度是每秒20米，它会绕过防守人墙的右边，在1.114秒之后飞入球门左上角。而在约翰内斯堡，由于较低的空气密度减少了空气阻力和球体的旋转效果，这脚射门将会掠过横梁或者击中人墙。
因此，在这种情况下，球员就必须了解足球飞行状况的细微变化，必须比平时瞄准得更低一些，学会踢在球体更低的部位，以制造更快的旋转速度。习惯了足球在海平面环境下飞行规律的防守球员也同样需要适应，他们要比平时更快地做出反应，否则，就只能眼睁睁地看着足球从他们张开的手指尖飞入网中。在乌拉圭对阵加纳的决赛中，弗兰的“S形任意球”就是拜高海拔的空气动力学所赐。
普天似乎并不同庆
南非世界杯的专用足球“普天同庆”也与以往使用的足球不同。相比过去的14块皮片，“普天同庆”仅有8块皮片。阿迪达斯首次采用球形制模的方法使每一块表皮都实现三维立体结构，再以热粘合技术拼接完成，从而使新球更圆、运行更精准。新款足球表面还有空气动力学凹槽，且通过了严格的风洞测试。总之，稳定性提高了30％。阿迪达斯公司说它是世界上最精准的足球。然而，人们对这似乎并不领情，球员们都抱怨“普天同庆”跟他们习惯踢的足球不同，责怪它不好使，特别明显的就是大牌球员的长传球失误增加。
球员之所以责怪“普天同庆”不好使，是由于它在正常的出球速度下，运动轨迹会向不明方向发生偏离，即为人们所说的“慢速变化球”。“普天同庆”的球面并非完完全全地平滑，表皮与表皮之间的粘合处都存在着接缝。正是由于这些接缝处的凹槽存在及球面的不规则，再加上空气动力学的影响，致使球体在运行过程中，其四周产生不对称的气流，导致球体向气压小的方向上偏离。
葡萄牙的C罗正是擅长发出这种很少旋转的任意球的高手，但在本届世界杯赛中，真正射出惊世骇俗的慢速变化球，只有日本球员本田圭佑。对丹麦的比赛中，他在距离球门37米的位置，射出时速107千米的任意球，“普天同庆”呼啸着飞向球门底角，让丹麦守门员索伦森扑救不及。
完美点球暗存玄机
世界杯上，没有什么比点球大战更牵动人心。在本届世界杯上，乌拉圭队的阿布鲁用“勺子”淘汰了加纳队，继1970年墨西哥世界杯后，时隔40年后再次杀入世界杯四强。而在塞尔维亚对德国的比赛中，波多尔斯基罚失点球，这是德国人自1974年以来第一次在常规时间内点球不进。
什么样的点球是不可扑救的，科学家们一直津津乐道。在仔细研究了装在球网后面的高清晰摄像机录制的比赛视频之后，利物浦约翰摩尔大学的凯贝尔教授给出了踢出一记完美点球的具体数据：球越过门线时必须正好在横梁下方0.5米和立柱内侧0.5米的方形区域内；球速必须超过104千米／小时：助跑距离为5～6步：罚球队员必须从16米处开始助跑，并与球形成20～30度的角度。
在最近一些研究报告中，视觉注意力和视线控制理论为点球的科学研究提供了更多的视角。通过使用头戴式红外线眼球追踪相机，荷兰的研究人员发现，守门员球衣的颜色也会影响到射门队员的视觉注意力。切尔西门将切赫就喜欢穿明亮的橙色球衫，因为他相信，这种球衣会吸引对方球员的注意力，使他们更有可能将球直接射向他。英国运动心理学家们证实了切赫的想法，他们安排了40名球员连续一星期面对同一名守门员罚点球。当守门员身着红色时，点球命中率只有54％；黄色为69％i蓝色为72％；绿色为75％。红色代表危险、掌控或者愤怒，在紧张气氛下，我们会对它给予更多的关注。像切赫这样经验丰富的门将自然会利用这些对他有利的信息。所以，研究人员伍德建议：罚球队员的最佳策略是，选择一个目标，然后把球朝那儿踢，在这个过程中就当守门员不存在。
尽管如此，倒在点球这块巨大的绊脚石面前的球坛巨星仍不乏其人，究其主要原因，两个字压力。在点球时，守门员的心理压力是世界上任何人都无法感同身受的：如果点球罚进了，人们会拍拍他肩膀说他运气不好：但如果他扑出了这粒点球，人们就会把他捧上天。可以说，所有的重担都在罚球队员的肩上，有些球员罚进点球后仍很紧张。想象一下：世界杯上点球决战时，你站在中线附近，一路走向球门，捡起球，放好，退后几步，国家的希望全部寄托在你身上。这一段糟糕的时间长得足以让你感觉失去控制，再也无法集中注意力……