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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

动物史研究的兴起与发展******

　　作者：陈怀宇（河南大学特聘教授）

　　动物史已经在国际学界引起了持续的关注。在2022年8月下旬波兰波兹南市举行的第23届国际历史科学大会上，开幕式安排的主题发言第一场便是“动物史和人类史的交互演进”，强调“动物的主体性”“人类记录中的动物”“动物的展现”“野生和家养动物的管理”四方面的研究。这充分说明了动物史研究的重要性和前沿性。人类的生活离不开动物，人类历史的发展也是和动物共生的历程。当然，从自然史的角度而言，动物的历史要比人类的历史久远得多。

　　进入人类世之后，人类的活动范围不断扩大，而动物的活动范围不断缩小，特别是启蒙时代以来，人类被视为万物之灵，地位凌驾于自然界的动物之上。人口在二战后爆发式增长，工业化在全球迅猛发展，与之相伴随的是自然生态环境的恶化，地球上的物种急剧减少，下一代能亲眼看见的动物越来越少。这种危机促使学者从将动物看作是客体和资源使用转向思考与动物共存共生。当国际学界出现这样的自觉意识之后，去人类中心主义的动物史作为一门新兴学问应运而生。动物史试图从动物的角度，分析动物如何参与并塑造人类的社会生活，帮助人类重新定义自身。动物史也关注环境和生态危机，因此可以说是环境史的延伸。此外，与传统科技史主要将动物视为人类思考和研究的客体相比，动物史特别增加了关怀动物生存状况的伦理维度，因此为传统科技史增加了人文面相。

　　近二十年来动物史研究蓬勃发展，但仍然面临很多挑战。首先，动物史作为一门史学新兴领域，在史料的选择和运用方面仍然存在很大局限，因为动物本身并无语言文字，也不能创造出图像材料。人类对动物史的认识，必须仰赖自身创造的史料，包括语言文献、视觉图像、传说和口述资料等。因而历史学者在阐述史料中呈现的所谓动物的声音和动物的能动性时要特别小心谨慎。

　　其次，目前动物史所探讨的范围，很大程度上局限于与人类关系密切的动物，特别是脊椎动物和哺乳动物。这些动物长期以来被当作人类重要的营养来源，在远古时期参与了人类历史进化，历史上也被用来制作皮毛用品，甚至成为人类精神和文化生活的一部分。人类从动物那里获得灵感，创造文学、艺术，再现动物。与人类关系密切的动物，如牛、马等，留存下来的史料较为丰富，而相当多的未驯化的野生动物，如麋鹿等，古人与其接触不多，留存下来的史料较少。甚至大熊猫这种现在大家广为熟知的动物，直到近代才引起广泛关注，古代的史料相当有限。至于一些海洋动物，如鲸鱼、鲨鱼、海星等，古人也所知甚少，因而留下来的史料不多。这些都给更为全面广阔的动物史研究带来很多困难。

　　最后，动物史主要由欧美学者倡导，目前动物史研究并没有出现国际性学会和组织，在大学和研究院也没有学系和研究所等学科建制，仅在美国纽约大学等少数学校设立了以动物研究为主修的专门学位,完备性尚待时日。

　　动物史虽然面临学科建制不成熟的挑战，不过也存在着发展机遇，出现了不少国际项目以及合作计划。动物史研究的论文也经常出现在一些期刊上，比如《社会与动物》等，这些期刊不仅仅限于动物史，大多是广义的动物研究。此外，还有不少出版社出版动物史系列丛书。中文学界也将陆续推出一系列海外动物史重要论著的中译本以及中国学者原创的学术研究作品。显然，未来动物史研究将迎来发展新机遇。

　　动物史受到去欧洲中心主义、去殖民主义的影响，出现全球史研究的趋势，比如美国历史学家特劳特曼在其著作《大象与国王：环境史》中探讨了大象在埃及、两河流域、印度、中国古代文明发展史上的政治意义，特别是王室用大象进行祭祀、狩猎和展示来构建王权的象征性意义，以及大象在南亚和东南亚历史上所发挥的军事作用，甚至也涉及了大象在近东地区和欧洲作为战争工具的流布。

　　值得注意的是，研究者近年来尤为关注亚洲的动物史。历史上，来自中亚、南亚和东南亚的各民族通过丝绸之路，将一些动物作为贡品或者贸易物品带到东亚；基于亚洲历史上各国之间的互动和交流，动物外交成为学者关注的重点。此外，欧美探险家、考古学家和收藏家在丝绸之路沿线的考古遗址和古代遗址中发现和收集了许多写本和铭文，这些丰富的文献以多种不同的语言写成，包括于阗语、中古波斯语、蒙古语、粟特语、西夏语、藏语、吐火罗语和突厥回鹘语等。对这些文献中出现的动物进行研究，将帮助我们更全面地了解亚洲的动物文化及其在塑造亚洲历史乃至更广阔的人类历史中所发挥的作用。

　　关于亚洲动物史研究，除了上述关注重点，近年来欧美学术界还出现了一些重要作品，如耶鲁大学教授米哈伊尔的奥斯曼帝国埃及动物史、荷兰阿姆斯特丹大学教授布姆加德的马来世界猛虎研究等等。在一些学术会议和工作坊，也频频出现有关亚洲动物史的议题。越来越多的研究亚洲地区的学者，无论研究文学、历史还是宗教，都开始重视动物研究，并将动物研究的新方法与文本分析的传统方法结合起来，以揭示动物在传统和近代亚洲经济以及社会文化生活中的地位、功能和角色。

　　动物史的发展与人类的现实关怀紧密结合在一起。未来的动物史研究应该继续拓展地理范围，从跨国和全球的视角，关注不同族群如何记录动物的活动及其对人类生活的影响，从广度和深度上推进动物史研究进一步发展。

　　随着科学技术的迅猛发展，从科技角度对人与动物之间的关系进行研究，近些年主要集中在人工智能和脑成像领域。美国动物行为学家斯洛波奇科夫与计算机专家合作，通过一种人与动物之间的翻译器，将动物的声音、脸部表情、肢体动作译成人类能懂的语言，实现人与动物更为密切的情感交流。而另一位美国学者伯恩斯则用脑成像技术试图理解动物的心理活动。这些科技发展，可能会重新定义人与动物之间的关系，同时也会给人类带来许多难以预料的挑战。面对这些关涉人类社会发展的前瞻性议题，动物史的研究将帮助我们更好地认识和思考人与动物的关系，保护生物多样性，为后世的永续发展提供一个健康的环境。

　　《光明日报》（ 2023年01月09日 14版）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）