重温经典！科学回顾上一代世界杯用球BRAZUCA！

这里讨论的便是Brazuca，巴西世界杯的官方指定用球，也是阿迪达斯为世界杯设计的第12款足球。 （译注：阿迪达斯与国际足联均未正式公布Brazuca的中文译名，常见的“桑巴荣耀”、“布拉祖卡”仅为媒体译名，故本文沿袭官方用法，使用其外文原名。下文Jabulani与Teamgeist同理。） 四年前，阿迪达斯曾因为2010年南非世界杯用球Jabulani（即“普天同庆”）而饱受批评。 “它的轨迹完全无从预测，”意大利国门布冯抱怨道。巴西射手法比亚诺则说它“不科学”。

 
阿迪达斯称，Brazuca在触感和准度上已经有所提高。“我们做了大量的飞行轨迹分析，结果显示它的轨迹相当稳定、可以预测。它的偏移现象已经被降低到了肉眼难以发现的程度，”阿迪达斯足球产品总监马蒂亚斯-麦金（Matthias Mecking）对BBC表示。 为此BBC采访了两位空气动力学专家，他们为我们讲解了物理学性能如何影响足球的表现。 “对足球而言，最重要的一点是粗糙度，”NASA埃姆斯研究中心部门主管、空气动力学家拉比-梅塔博士（Dr Rabi Mehta）解释道。 梅塔博士说：“粗糙度的大小，决定了能够使‘蝴蝶球效应’（knuckling effect）最佳的临界速度是多少。” （译注：蝴蝶球即Knuckleball，又称指节球、慢速变化球，来源于同义棒球术语。在足球领域指以C罗式任意球为代表的无旋转快速飘忽球。） 梅塔博士对Jabulani进行过风洞测试，也研究了新推出的Brazuca。他所提到的“蝴蝶球效应”是指当足球不旋转或旋转极小的时候出现的现象。
 
他说，当一个相对平滑的球不旋转地飞行，紧贴球体的空气会受到球体表面缝合处的影响，产生非对称流动。这样的非对称性会给球施加作用力，造成我们看到左右飘忽的现象。 但是，他继续介绍道：“如果足球本身是旋转的，马格努斯效应则会使它产生弧线。” “（马格努斯效应就是指）自转会导致侧向力。贝克汉姆那种绕过人墙的香蕉球就是马格努斯效应的体现。” 这位NASA工程专家认为，正是“蝴蝶球效应”以及Jabulani异常光滑的表面造成了它的神鬼莫测。 传统足球一般由32块球面通过内部缝线拼合而成。这种工艺使得传统足球的临界速度（让“蝴蝶球效应”最大化的飞行速度）大致在48km/h左右。 “足球表面越光滑，它的临界速度就越高，”梅塔博士说，“简单来讲，我认为问题就在于传统足球的临界速度低于世界杯赛上常见的球速。当球面变得更加光滑，它的临界速度就提升到了80到88km/h左右，这恰恰是射门，尤其是任意球射门的典型球速。所以‘蝴蝶球效应’就被最大化了。”
 
为了提高今年的新款世界杯用球的粗糙度，梅塔博士说：“我们决定回到最初的起点。” Brazuca采用的材质更加粗糙。“用我的话说，它表面有许多‘小痘痘’，这对提高它的空气动力学性能非常重要。” “拿Teamgeist（即“团队之星”，2006年德国世界杯官方用球）和它比较你就会发现，以前的设计理念是将接合线以外的部分处理得尽可能光滑。” “此外，更粗糙的材质也有其他好处，比如说触球的时候摩擦力也会更强。” 不过影响球面粗糙度最主要的因素还是接合处的形状。 “接合工艺非常重要，因为他们很大程度上决定了足球的粗糙度，”梅塔博士接受BBC采访时说。 每个Brazuca都由6块螺旋桨状球面通过热粘合组成。相比之下，Jabulani有8块，Teamgeist有14块，而传统足更是多达32块。阿迪达斯表示，新的接合处形状设计能够让球的空气动力学性能与精准度上一个台阶。 赛门-肖宾博士（Dr Simon Choppin）认为，常理而言，更少的球面块数本身会让足球更加光滑，但通过其他技术处理，Brazuca的粗糙度不降反升。肖宾博士是谢菲尔德哈勒姆大学体育工程学研究中心（Centre for Sports Engineering Research at Sheffield Hallam University）的研究员，他对Brazuca的球面接合线进行了测量。
 
肖宾博士解释说：“我的同事约翰-哈特博士（Dr John Hart）用激光扫描仪扫描了Brazuca与Jabulani的表面。我们藉此构建了它们的3D模型，用以进行测量、分析。” “我们发现，Jabulani的球面接合处深度大概是0.48mm，Brazuca则达到了1.56mm，足足有过去的3倍之多。” “此外我们还测量了这两种足球的接合线总长度。Jabulani的接合线总长大概是203cm，而Brazuca高达327cm。Brazuca上的接合处设计不仅更深，而且更长。” 肖宾博士认为，更深、更长的接合线会让Brazuca的性能更接近传统足球，风洞实验的结果也证实了这一点。 表面粗糙的足球飞得约远。当球飞在空中，接合处的缝隙就会搅动刺激附近的空气，起到类似于高尔夫球上坑洞或网球上绒毛的作用。肖宾博士这样解释道。 “这种‘搅动’对于足球快速平稳的飞行至关重要。我们所见的每一道飞行弧线都是无数空气动力学效应的结果。”
 
他又补充说：“接合缝会搅乱气流。这会在球体后方造成一个气压较低的尾流区（wake-area），降低压差，减小阻力。反向的拖曳力降低，球自然也就飞得远了。” 那么归根到底，Brazuca从科学角度看到底能打几分呢？ “我可以断言，Brazuca的性能表现会更像传统的由32块球面内部缝线组成的皮球。所以过去两届世界杯我们受到的批评将不复存在，”梅塔博士这样认为。 肖宾博士则说：“新的接合线设计能更好地搅动气流，所以在高速飞行中的‘蝴蝶球效应’会比以前更少。我认为Brazuca在高速状态下的表现会比上两代世界杯用球更加稳定。” 梅塔博士表示，过强的蝴蝶球效应会让门将的工作变得非常困难。 “球员们已经摸清了，最好把射门踢成无旋转、低旋转球。其实他们多年来一直在做这样的尝试，我还是孩子的时候就看到球员尝试用脚趾击球，踢出不旋转的蝴蝶球。” “让Brazuca的蝴蝶球效应达到最大的临界速度大概是48km/h，而Jabulani的临界速度大概是80km/h。” “所以如果要让我给世界杯上的球员指导，我会告诉他们：不要再像2010年那样玩命发力了。”（作者:Alejandra Martins 翻译:车lsea）