巴西世界杯的“布拉祖卡”球，还会那么飘忽不定吗？

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（文/Simon Choppin）距离巴西世界杯的开幕只剩下一个月了。有很多人们关心的问题——场地能修好吗？机场够用吗？但最重要的、可能影响世界杯最终归属的问题是，这次的球会怎么飞？
- F! c" l0 K% h2 \阿迪达斯为他们本届世界杯新球“布拉祖卡”（Brazuca，字面意思“巴西荣耀”）打的广告是“爱我或者失去我”。这个看起来像情歌的口号，其实是悄悄回应了围绕它和它前辈的巨大争议：空气动力学。

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2014年世界杯官方指定用球“布拉祖卡/巴西荣耀”。图片来源：footyheadlines
自从1970年以来，每一届世界杯用球都是阿迪制造，显然这是绝好的机会炫耀他们的最新科技进展。2006年德国世界杯上，他们的“团队之星”做出了一个重大改动。传统上足球是32块面板手工缝合而成。团队之星只有14块，而且是热胶粘合，其结果比过去的球都更圆更光滑。
但这一改变绝不仅仅是看起来不同。许多球员抱怨说球在飞行途中路线诡异。到了2010年南非世界杯，他们又推出了全新的设计“普天同庆”，它只有8块热粘合面料。不幸的是，它引发的批评比四年前更加强烈。许多教练和球员说普天同庆是“沙滩排球”，其飞行轨迹完全无法预料。
究竟哪里出了问题？同样的问题会降临到只有6块聚氨酯面料的布拉祖卡身上吗？
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布拉祖卡的面板只有6块，形状也十分奇特。图片来源：adidas
9 e/ w3 U; u6 N* j# G& r! T过去两届世界杯里，许多批评者说新球轻得简直不自然，也因此很多人把它比作沙滩排球——但事实上团队之星和普天同庆和标准质量上限445g只差一点儿。（下限是420g。）
真正的区别是它们的制造工艺——这和传统的缝合球有两个重大差别。首先，面板更少意味着缝合线更短。32面板标准足球的缝合线总长度为405cm，而团队之星只有345cm，普天同庆更是只有203cm。其次，热粘合球的缝合沟要浅得多。激光扫描显示，缝合球的沟深度为1.08mm，而普天同庆却只有0.48mm，连一半都不到。新式球的“沙排漂浮感”并不是因为它们更轻，而是因为它们更光滑。
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传统缝合球（上）和普天同庆（下）的缝合沟侧影。图片来源：Sheffield Hallam University
* G9 Q! T1 Z8 I当空气流过光滑流线的物体表面时，它会紧贴表面直到离开物体，产生的拖曳力很小。但流过球体的空气就不是这样了。它会离开球体表面，导致球后面尾随一个低压区。低压区产生阻力，让球速度放慢。低速条件下，空气的流动是平滑的层流，很早就离开球体，产生大面积低压区和较大阻力。但当速度变快，空气变得更加湍流，和球体贴得更紧，低压区面积减小，反而降低了阻力。

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低速（左）和高速（右）下足球的空气流动状况。差异非常明显。图片来源：Sheffield Hallam University
这时缝合沟就起到了关键作用：它们扰乱了空气，帮助它在低速时也能进入“低阻力”状态。一个完美光滑的足球根本没法踢；强大的阻力会剧烈改变足球的轨迹。此外，在一定速度下，足球表面不同区域会分别遭遇层流和湍流。这一不对称性会导致不平衡的阻力，使得球向一个方向偏转。虽然板球和棒球运动员可以利用这个效应挥棒，但在足球里这个效应发生时通常速度太低，派不上用处。
下面这张图显示了32面板足球的阻力特征，它在大约时速60公里时进入低阻力状态，在这个状态下球的运动几乎不会出现紊乱。

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风洞试验测得的足球所受阻力和球速的关系。图片来源：University of Tsukuba
而在2006年和2010年世界杯里，那些缺乏旋转的传球和射门就常常遇到问题：球的运动似乎无法预料，会突然偏转、突然变向。由于球表面太过光滑，射门和任意球时的球速也会同时遭遇层流和湍流。这种情况下，球的受力是不稳定的、会发生快速改变，其飞行轨迹也飘忽不定。这在棒球中对应一种特殊技巧“指关节球”。
9 q) S, |% q  D- K# [普通足球也会遭遇这种现象，但是团队之星和普天同庆的光滑特性意味着它们更容易在比赛常见球速下出现这一现象。换言之，球员踢球时会更经常感受到。
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从左到右分别为2006年的“团队之星”、2010年的“普天同庆”和普通缝合线足球。图片来源：University of Adelaide
布拉祖卡也会是这样吗？有几个原因表明，大概不会。虽然它使用了同样的热粘合技术，但是它的缝合沟要深很多。激光扫描显示它的沟深达1.56mm，比普通32面板球还要深一半，更是普天同庆的三倍之多。
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布拉祖卡缝合沟的激光扫描侧影。图片来源：Sheffield Hallam University
  k5 V- D. R- o- f虽然布拉祖卡只有6块面板，史上最少，但它的缝合沟总长度却达到了327cm，逼近团队之星的长度——显然这是它面板奇特形状所致。每块面板形似四臂风车，球体表面任何一个地方都没有大块光滑面积，进一步避免了层湍流同时出现的问题。
4 ?0 @6 T% g- T下面这张图对比了传统缝合球、普天同庆和布拉祖卡的空气动力学特征。可以看到布拉祖卡和传统求的特征非常接近，而普天同庆直到时速90公里时才会进入低阻力区，使得它极易受到干扰。
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传统32面板足球、普天同庆和布拉祖卡的空气动力学风洞数据对比。图片来源：University of Tsukuba
0 W8 P8 f$ B. U$ U8 m4 U$ G有趣的是，关于普天同庆的媒体抱怨在比赛全面开展之后反而变小了，看来人们还是有适应能力的。布拉祖卡肯定也会遭到抱怨，但它绝对不会是沙滩排球。
编译自 The Conversation: Hard Evidence: How Will the 2014 World Cup Ball Swerve?
& M' h$ ]* r2 {. A) K6 q相关小组足球那点事儿
  t, X# V% v1 Q& I  F死理性派

新帽子戏法

magnus effect是流速不同导致的偏转，而不是层流湍流同时作用导致的不稳定乱动，谢谢。香蕉球和飘球感觉完全不同，谁踢谁知道。

quanquan007

沙滩排球戳中了笑点