写出关于一场世界杯的5个物理现象
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发布时间：2022-05-25 05:31
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时间：2024-12-05 16:49
答案：球的高速旋转引起周围的空气流动，依据流体力学的理论，球的两侧会产生压强差，球的飞行路线就形成了一段弧线。
2.手掷球的远近。
答案：如果根据纯物理学的理论，掷球角度应为45°左右，但事实并不是这样，实际角度应小于45°。原因是这要综合人体肌肉收缩情况等因素考虑。
3.热力学第二定律的体现。
答案：热力学第二定律内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响足球被运动员踢出后，会在地面滚动，但速度会越来越慢，与此同时生成热，这是足球的机械能转化为内能。但足球不可能自发地吸收空气中的热量而滚动起来，虽然这也遵循能量守恒定律。这就告诉我们不是任何遵循能量守恒定律的过程都会发生，即热力学第二定律的正确性。
4.球的抛物线形轨迹。
答案：球在被运动员踢出后的瞬间，球有一个斜向上的初速度，而此时对球受力分析，球只受自身的重力，并且受力方向与初速度不一样，所以球“基本”会沿一条抛物线的轨迹运动。这里说“基本”是因为忽略了球所受的空气阻力等其他力的影响，同时也把球看做了质点，忽略了球的旋转对轨迹的影响。(具体见第一条)
5.牛顿第三定律的体现.
答案：牛顿第三定律的内容为两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上。当足球从高处落下时，足球给了地面一个向下的力，与此同时，地面也会给足球一个力，切等大反向，于是足球就会向上弹起。
6.能量转化的体现。
答案：还是上述过程，球从高处下落砸到地面，这包括了重力势能转化为动能，在地面上减速的极短的过程包括了动能转化为弹力势能。
（多了一条可供您选择）
热心网友
时间：2024-12-05 16:49
为什么不多不少，球场上每队是11名队员？这看似是一个很奇怪也很幼稚的问题，好像从现代足球诞生的那天起，正式比赛每队都是上场11名球员，已经是一个约定俗成结果。但面对这个问题，确实很难有人给出有说服力的答案。
引导科学发展的动力，正是一个一个不断提出的“为什么”。面对为什么每队11名球员这个问题，德国多特蒙德大学的物理学教授Metin Tolan给出了一个物理学上的解释。通过一个可信的计算结果，使他相信，足球比赛中（除门将外）每队10名球员可以确保比赛的精彩程度。
无论是激烈的职业联赛还是普通的友谊赛，比赛的精彩程度是很重要，也是球迷最关心的！一个简单的计算结果表明这样一个事实：球场上队员的数目对比赛的精彩程度起到十分关键的作用。
一个面积大约7000平方米的长方形足球场，当然有足够空间能容纳更多球员。但他们如果人与人之间距离太进，拼抢频率会非常高，球就会像弹子一样在场上乱窜，场面上比赛将会变成一场业余比赛，没有人能控的住球，比赛失去观赏性。反之，如果人与人之间距离太远，就会出现相反的现象：对方球队会因为距离太远而，不能防守到位，整个比赛失去紧凑性。
经过观察和计算表明，决定性的因素是一个球员接传过来的球，然后完成下一个处理球动作的时间，以及对手为夺回控球权跑去防守这个人的时间，物理学家们计算出每个过程的时间大约需要3秒种。那么球员之间距离最理想的情况是：场上每一名队员于队方队员和本方队员的距离大致相同，并且以球员的平均速度跑过这个距离的时间大约是3秒钟。这时比赛会变得最为流畅和精彩。这种情况下，需要除守门员以外，场上共有20名队员。因为以18公里每小时的速度（足球场上拿球队员的平均速度，职业球员在场上每秒钟平均会跑5米，3秒钟会跑大约15米，这就是场上队员理想的平均距离。对于一个60米宽的足球场，刚好适合4名后卫或4名中场的平行站位。
如图，当方块队刚开始进攻，圆队正回撤防守时，阵型会向圆队方压缩。对于两个都是4－4－2菱形中场站位的球队来说，此时每名队员时间距离大致相同。
定位球的物理学
一、弧线球原理
一名有十年以上看球经验的球迷，肯定会记得1997年四国邀请赛上，罗伯特•卡洛斯的那记左脚外脚背“香蕉球”，堪称最经典的弧线球破门。
在1997年法国的四国邀请赛同东道主的比赛中，卡洛斯在30多米外主罚的任意球以一个很大的弧线擦立柱入网，当时他发出去的球看上去似乎朝边线飞去，但最终却绕过了法国队的人墙，并鬼使神差地钻入了呆若木鸡的巴特斯把守的球门。
为什么卡洛斯踢出的球能在空气中划出一个弧线？这需要用流体力学中中压强和流速的关系来解释。
小时候经常玩的一个游戏——吹纸条。拿出一个小纸条，让它在自然下垂。沿水平方向在它上面吹气，纸条就会飘起，这是由于流动气体的压强小。而解释流动气体压强为什么小，要借助伯努利方程来解释。
为了推导伯努利方程，我们首先要了解流体力学的两个基本概念，即“理想流体”和“定常流动”。
理想流体：液体不容易被压缩，在不十分精确的研究中可以认为液体是不可压缩的。气体容易被压缩，但在研究流动的气体时，如果气体的密度没有发生显著的改变。也可以认为气体是不可压缩的。流体流动时，速度不同的各层流体之间有摩擦力（粘滞性）。不同的流体，粘滞性不同。油类的粘滞性较大，水、酒精的粘滞性较小，气体的粘滞性更小．研究粘滞性小的流体，在有些情况下可以认为流体没有粘滞性．不可压缩的、没有粘滞性的流体，称为理想流体．
定常流动：观察一段河床比较平缓的河水的流动，你可以看到河水平静地流着，过一会儿再看，河水还是那样平静地流着，各处的流速没有什么变化。河水不断地流走，可是这段河水的流动状态没有改变。河水的这种流动就是定常流动。流体质点经过空间各点的流速虽然可以不同，但如果空间每一点的流速不随时间而改变，这样的流动就叫做定常流动．自来水管中的水流，石*道中石油的流动，都可以看作定常流动。
能形象的表述流体中特性的方程是伯努利方程，我们来看一下它的内容：
伯努利方程：
现在研究理想流体做定常流动时，流体中压强和流速的关系。
左图表示一个细管，其中流体由左向右流动。在管的a1处和a2处用横截面截出一段流体，即al处和a 2处之间的流体，作为研究对象。
al处的横截面积为S1，流速为vl，高度为h1。al处左边的流体对研究对象的压强为p1，方向垂直于Sl向右。
a2处的横截面积为S2，流速为v2，高度为h2．a2处右边的流体对研究对象的压强为p2，方向垂直于S2向左。
经过很短的时间间隔Δt，这段流体的左端Sl由al移到bl，右端S2由a2移到b2．两端移动的距离分别为Δl1和Δl2．左端流入的流体体积为ΔV1＝S1Δl1，右端流出的流体体积为ΔV2＝S2Δl2，理想流体是不可压缩的，流入和流出的体积相等，因此ΔVl＝ΔV2，记为ΔV。
现在考虑左右两端的力对这段流体所做的功。作用在左端的力Fl＝p1S1，所做的功Wl＝F1Δll＝p1S1Δl1＝p1ΔV．作用在右端的力F2＝p2S2，所做的功W2＝－F2Δl2＝－p2S2Δl2＝－p2ΔV。外力所做的总功
W＝W1＋W2＝(p1－p2)ΔV。 （1）
外力做功使这段流体的机械能发生改变。初状态的机械能是a1到a2这段流体的机械能E1，末状态的机械能是b1到b2这段流体的机械能E2。由b1到a2这一段，经过时间Δt，虽然流体有所更换，但由于我们研究的是理想的流体的定常流动，流体的密度ρ和各点的流速v没有改变，动能和重力势能都没有改变，所以这一段的机械能没有改变。这样，机械能的改变E2－E1就等于流出的那部分流体的机械能减去流入的那部分流体的机械能。
由于m=ρΔV，所以流入的那部分流体的动能为：
重力势能为mgh1=ρgh1ΔV。
同时,流出流体的动能为：
重力势能为mgh2=ρgh2ΔV。
总机械能的改变为：
（2）
理想流体没有粘滞性，流体在流动中机械能不会转化为内能，所以这段流体两端受的力所做的总功W等于机械能的改变E2－E1，即W= E2－E1 （3）
从（6）式可知，在流动的液体中，压强跟流速有关，流速v大的地方压强p小，流速v小的地方压强p大。这是流体中压强和流速的关系。
通过（6）式，我们就可以解释“香蕉球”的原理了：
如图，足球在空中旋转过程中（图中为逆时针旋转），把足球作为参照物。相对于迎面空气来说，球左侧运动方向与气流方向相同，右侧与气流方向相反，设球飞行速度为v，球旋转切相速度为u，于是气流相对于足球左侧的速度为v-u，相对于右侧为v+u。根据（6）式，则球右所侧受压强会大于左侧，足球会感受到一个自右向左的压力，这个力产生于速度方向垂直的加速度的使得足球飞行轨迹成为一个弧线，称之为马格纳斯效应，这就是“香蕉球”的物理学原理。
在球实际的运动过程中，强烈的旋转会使周围气流形成漩涡，增加这种马格纳斯效应效应的效果。
足球史上最有争议的进球发生在1966年的世界杯决赛上，英格兰队前锋大卫•赫斯特禁区内一脚射门打中西德队球门横梁，反弹在球门线上。边裁示意进球有效。英格兰队正是凭借这个进球第一次捧起了世界杯。
上节提到的德国多特蒙德大学物理学教授Metin Tolan，为这个球是否越过了球门线做出了物理上的分析：根据规则，当球全部落入球门线后算作进球。而西德和英格兰的这场决赛中，那个球是打在了横梁上弹地并偏离开了球门。如果球的速度在每小时75公里到每小时100公里之间时，那么这个横梁会给足球以每分钟10圈的自转。此时马格纳斯效应会使球会以一个小弧线落入球门线后有0.02秒的时间，然后因为落地后和草皮的摩擦而弹出球门。身为一名德国人，能克服个人的情感，为这个球做最客观的物理分析，这种科学精神的确难能可贵。
二、左右脚选手对罚球位置的倾向
细心的球迷会发现在主罚直接任意球时，面对禁区前左侧的任意球，右脚选手倾向于选择直接射门，左脚选手倾向于选择传中；反之面对禁区前右侧的任意球，左脚选手倾向于选择直接射门，右脚选手倾向于选择传中。
上个小节提到的“香蕉球”，会对这个现象会有一个很直观的解释。现役球员主罚任意球时，大多数会选择脚背内侧踢出弧线球。从球场上方的视角来看。对于一个右脚选手来说，他内脚背踢出的球会逆时针旋转，左脚选手会踢出的球会顺时针旋转。
下图是右脚内脚背选手直接任意球的一个路线解析，假设球在空气中匀速运行和旋转，气流的侧向压力（马格纳斯效应）时刻于球的运动方向垂直，那么球的弧线轨迹近似为一个半径为R的圆弧。
如图所示，箭头为球的运动轨迹。设球门长为L（比赛中为7.32米）
左图：对于禁区前沿左侧的直接任意球，球门垂直于与圆相交点圆的切线时，会对罚球点张开最大角度，此时罚球点一定位于禁区前沿左侧。容易证明：与球门近角和远角相交的两个圆，在罚球点处两个圆切线的角度为经过罚球点两个圆的半径之间夹角，即θ＝ arc sin(L/2R)。即在这个角度范围内踢出的球都会飞向球门。
右图：当罚球点位于禁区前沿右侧时，球门与圆相交点圆的切线所成的角度会变得很小，容易看出此时两圆半径之间距离l会小于球门长度L。这时罚球点踢出分别瞄准于球门近角和远角的球，两条轨迹之间的角度φ等于两个圆半径之间夹角，即φ＝ arc sin(l/2R)。
因为l<L< SPAN>，所以φ<θ。球门对禁区前沿左侧的罚球点张开的角度比右侧更接近于θ，因此对于一个右脚内脚背主罚任意球的球员来说，在禁区前沿左侧球门所张开的角度比右侧大的多，选择射门的角度要大的多，破门率也要高得多。
所以对右脚内脚背主罚任意球的球员，会更多在禁区前沿左侧选择射门，在右侧选择传中。对于左脚选手刚好相反。
一个典型的现象：对于一个经常打左边路的球员来说，如果他是左脚选手，就会更多选择带到地线附近传中；如果他是右脚选手，会更多选择带到场地*射门，对于打右路的选手刚好相反。正是利用了这个道理。
三、贝克汉姆罚球动作物理解析
下面我们分析一下最典型的右脚任意球高手，万人迷“贝克汉姆”。相比于其他几位现役球员任意球高手，如米哈伊洛维奇，小儒尼尼奥、卡洛斯、里克而梅、皮尔洛等等，小贝的任意球尽管破门率不是最高，但他的罚球动作最为舒展，多采用脚弓内侧踢球。这一点上只有罗纳尔迪尼奥的罚球动作与之相似。
仔细观察会发现，小贝罚球时右手会自然下垂，左手会抬起到与身体平行位置，然后沿水平方向划出一个圆弧。此时伴随右腿的摆动踢向皮球。
为什么贝克汉姆手臂的动作会如此舒展？主要原因如下：
他采用的是脚弓踢球。有过踢球经验的人都知道，脚弓与球的接触面积最大，会更好地控制球的飞行路线，但踢出的球速度不快，一般短传和罚点球多采用这种脚法。小贝选择脚弓踢球，为了加快球速，需要更快地摆腿动作和更大的摆腿幅度，身体也伴随有一个小转动。
如果把他的身体近似看成一个刚体，他的右腿摆动会对身体转轴产生一个力矩。这个力矩会使身体转动时不平稳，影响踢出的球的效果。为了抵消这个影响，他需要在身体上加一相反力矩，那么就需要他抬起左臂向后摆动来保持身体转动平衡。我们把这个具体的力学分析留给大家，感兴趣的读者可以画图来证明一下。
对于其他任意球高手，多采用脚背踢球，腿更多沿身体转轴所在平面的平行方向摆动，对身体转轴没有那么大的力矩，因此手臂摆动幅度不会很大。
四、突然下坠的射门
我们以上讨论的弧线球都是水平方向，即球的转轴于地面垂直。对于球员踢出的球，一般除了水平旋转，还会有向前滚动的旋转，这时球的转轴于地面平行，马格纳斯效应使球在重力基础上增加一个下坠的力。
我们知道，如果皮球只受重力作用，在竖直方向轨迹将是条抛物线。增加了一个马格纳斯效应后，因为与球的运动方向垂直，会使得原先的抛物线产生形变，在下落段水平位移缩短（因为马格纳斯效应产生的力水平分量向后），上升段水平位移增加（因为马格纳斯效应产生的力水平分量向前），足球会起到在球门前突然下坠的效果，许多精彩的临空抽射就是这样越过守门员而破门。（记得88年欧洲杯决赛上巴斯滕那记零度角抽射吗？）
热心网友
时间：2024-12-05 16:50
流速与压强的关系：运动员提出的香蕉球，实际上是因为足球在旋转的过程中是足球两侧的空气流速发生了变化，从而产生了诡异的弧线。
斜抛：吊射时整个足球的运动轨迹。
摩擦：足球鞋下的鞋钉可以帮助运动员增大摩擦力，是球员在草坪上运动时不易摔倒。
噪音的传播：本次世界杯上嗡嗡的喇叭声就是以空气为介质传播的。
热心网友
时间：2024-12-05 16:50
光的反射--使观众看到场上情况
力改变物体运动状态--球员踢球使球变向
物体受重力作用--飞出的足球有向下运动趋势
声音在空气中传播--球员听到乌乌祖拉声
OK？：）
热心网友
时间：2024-12-05 16:51
仅供参考。
