空气动力学专家指出，2018年世界杯用球，由阿迪达斯推出的“电视之星18”，性能优良，在空中飞行时十分稳定，相信不会像过去的比赛用球那样饱受非议。
2018年世界杯指定用球“电视之星18”（Telstar 18）
来源 | AIP Inside Science
作者 | Marcus Woo
全世界的足球迷都在为本周即将在俄罗斯开幕的2018年世界杯做着准备。2018年世界杯的新话题总是层出不穷，不管是埃及新星穆罕默德·萨利赫能否从伤病中归来，还是冰岛国家队在世界杯首次亮相。当然，老生常谈的话题也同样火热，比如，对世界杯官方用球的评头论足。
的确，已经有一些球员开始抱怨这个被称为“电视之星18”的官方用球了，它在去年11月的国际比赛中首次亮相。“这球真的很怪，”西班牙门将大卫·德赫亚今年春天在西班牙官网上是这么评价的。
他的队友，守门员佩佩德雷纳也认为，“这个球将给门将带来很多问题。”
这让我们想起当年饱受诟病的“普天同庆”。作为2010年南非世界杯官方指定用球，“普天同庆”因其在空中飞行时不可预知和不稳定的路径而广受批评。
2010年南非世界杯官方指定用球“普天同庆”（Jabulani）
相比而言，阿迪达斯的后续产品，2014年世界杯用球“桑巴荣耀”（Brazuca），则获得很多正面的评价，批评意见很少。虽然今年世界杯用球“电视之星18”最初也受到了不少吐槽，但一项最新的研究显示，它的表现应该会和“桑巴荣耀”一样好，会获得同样多的正面评价。
来自美国弗吉尼亚州林奇堡大学的物理学家约翰·埃里克·戈夫说:“今年的球不会与以往的有太大的不同。”戈夫教授和来自日本筑波大学的洪成勋和武石浅井通过风洞实验发现，“电视之星18”的空气动力学特性与当年的“桑巴荣耀”类似。他们将这一研究结果发表在近期出版的《体育工程与技术杂志》上。
戈夫教授说:“我们即将迎来一届精彩的世界杯。”
然而，围绕世界杯用球的争论总会不时发生。早在1930年的第一次世界杯决赛中，阿根廷国家代表队和乌拉圭国家代表就因比赛使用哪种足球而发生争吵。后来，比赛中不得不在上半场使用阿根廷队首选的足球，而在下半场使用乌拉圭队的首选球。
自1970年“电视之星”首次亮相以来，阿迪达斯公司就一直在设计官方比赛用球。“电视之星”是第一个由32块黑白相间的六角形和五角形表皮图案组合而成的足球，它现在已成为足球的标志性模样。
1970年世界杯官方用球“电视之星”，已成为足球的标准样式
这种通用图案的设计一直延用到2006年，当年世界杯用球“团队之星”采用了14块表皮的新设计。再后来，2010年世界杯的“普天同庆”球型的表皮数量则下降到8块。
戈夫教授给我们解释到:“每减少一块表皮，就会相应地减少球面上接缝处的比例。”接缝越少，球就越光滑，而这会让球在空中的飞行变得难以预测。
当一个足球被高速射出后，一层薄薄的空气会紧紧地包裹着它。当空气流向足球的背面时，就会产生混乱而又湍急的旋涡。
然而风的阻力会使球度慢下来：当球的速度下降之后，周围的气流也会随之改变。气流转变为层流。层流是平滑的，不像之前一样将球裹住。此时，流动的空气从球的边界分离，产生更大的尾流。这个尾流又会对足球产生一个额外的拖拽力，使得球速骤然下降。
足球在空中高速飞行时，后方会产生极为复杂的尾流
足球表面越光滑，发生这种突然减速的速度就会越小（即在更小的速度上发生突然减速）。2014年的一项研究发现，“普天同庆”发生突然降速的转变速度约在每小时54英里，而这是典型的角球和任意球的球速。
足球的出射速度通常在这个转变速度之上，随着空气阻力逐步减慢球速，包裹足球的气流从湍流变为层流，此时阻力突然增加，球速随之骤然下降。这种突然发生在半空中的减速会让运动员们感到十分困扰。
戈夫教授说:“如果我可以在2010年世界杯之前就看到‘普天同庆’的风洞测试数据，我会毫不犹豫地告诫阿迪达斯‘别用这个球’。”
尽管“桑巴荣耀”只有6块表皮，比“普天同庆”还少2个，但它的每块表皮都有一个独特的形状，类似直升机的桨翼，其接缝的长度也比“普天同庆”长了约68%。研究人员发现，表皮上的小凸起增加了足球整体的粗糙度，从而使转变速度降低到每小时38英里。在通常情况下，大多数球在空中飞行时不会降到如此低的速度，因而也不会出现突然减速的情况。
2014年世界杯指定用球“桑巴荣耀”，表皮形状十分独特
在最新的实验中，研究人员检测了静止情况下“电视之星18”周围的气流。虽然它也只有六块表皮，但它的接缝总长度比“桑巴荣耀”还要多30%。为了抵消因较长接缝而带来的额外粗糙度，设计师们设法使接缝变得更浅，进而降低表皮凹凸不平的程度。“电视之星18”空气动力学的测试结果表明，它与“桑巴荣耀”的性能类似，只不过研究人员还发现，在远距离传射方面，“电视之星18”的飞行距离要比“桑巴荣耀”短9%~10%左右，这也是两款足球最大的不同。
来自麻省理工学院的应用数学家约翰·布什介绍说，足球的风洞实验还存在一些不足。在实验中，由于足球是静止不动的，因此研究者无法表征它的弹性，也就是，足球到底有多容易被压扁。要知道，一个柔韧的球会产生更大的冲击力，并且，球与脚的接触面积会增大，这样就可以对其施加更大的扭矩和旋转，进而改变它的轨迹，成功绕过后卫的防御。
因此，研究人员计划对旋转的球做类似的实验。不过，话说回来，戈夫教授表示，静止球的实验已经可以揭示足球基本的空气动力学特性了，研究人员可以据此计算出足球在空中的飞行情况。这样的球出现在球场上，应该不会发生让人惊讶的事情。
布什教授说:“世界杯应当照常进行。关于这个新球，没有什么好吐槽的。但话说回来，吐槽总是会有的，我们就等着看，会发生什么吧。”
文章由“科普中国头条创作与推送项目”团队推出
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