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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

漂亮的加拿大一枝黄花为何成为“恶魔之花”******

　　近日，一热心网友在湖北省武汉市城市留言板留言发现一重要入侵物种加拿大一枝黄花，该市农业局迅速响应并妥善处理。

网友城市留言板留言及回复

（图片来源：网络）

　　党的二十大报告明确提出：“加强生物安全管理，防治外来物种侵害”。防治外来物种侵害，事关生物安全，受到各界关注。在深秋季节，我们常常可以在路边看到一种盛开黄花的植物，这种植物就是加拿大一枝黄花，看看下图中美丽的花朵，你能想象它被部分生态学家、植物学家们戏称为“生态杀手”“恶魔之花”吗？在原产地，加拿大一枝黄花是难得的兼具观赏和药用的植物。但是它们到我国成功定殖以后，逐渐衍变成“生态杀手”——“恶魔之花”。

加拿大一枝黄花

（图片来源：中国植物志）

　　如何识别加拿大一枝花？它从哪里来？

　　路遇小黄花，到底该如何认清它们呢？首先明确，咱们本土是存在一枝黄花的，而且有好几种，与加拿大一枝黄花同属。比如一枝黄花（Solidago decurrens）、钝苞一枝黄花（Solidago pacifica）、毛果一枝黄花（Solidago virgaurea）。这些都是无害的本土植物，我们不用挨个都分得明明白白，只需要搞清楚它们和加拿大一枝黄花的区别就行。

　　加拿大一枝黄花（学名：Solidago canadensis L.）是桔梗目菊科的植物，又名黄莺、麒麟草。多年生草本植物，有长根状茎。最高可达2.5米。叶披针形或线状披针形，长5-12厘米。头状花序很小（4-6毫米），在花序分枝上单面着生，多数弯曲的花序分枝与单面着生的头状花序，形成开展的圆锥状花序。总苞片线状披针形，长3-4毫米。边缘舌状花很短。

加拿大一枝黄花

（图片来源：中国植物志）

　　加拿大一枝黄花原产于北美，是美国东北部和加拿大分布最多的多年生草本植物，现已成为世界范围内的入侵植物。到目前为止，它已经蔓延到大多数欧洲国家、亚洲、澳大利亚、新西兰和其他地区。从山坡林地到沼泽地带均可生长，常见于城乡荒地、住宅旁、废弃地、厂区、山坡、河坡、免耕地、公路边、铁路沿线、农田边、绿化地带。

加拿大一枝花在世界各地的分布

（图片来源：Chemistry Biodiversity）

　　加拿大一枝黄花会造成哪些危害？

　　作为一种多年生草本园艺植物，加拿大一枝黄花自1935年作为观赏植物引入上海、南京等地以来，现于我国广泛分布。种子数量极多，种子萌发成活率高。它能在荒地或受干扰的环境中迅速形成幼苗种群，并迅速蔓延，成为一种常见杂草。例如，研究发现一个6株的小群体8年可以演变成1400余株的大种群。它们对众多生态系统（如农田、荒地、草地、森林等）具有显著的负面影响，据统计，一旦该植物成功入侵果园，可造成10%-30%的经济损失，苗圃5%-15%，蔬菜3%-15%，甚至可造成部分经济作物绝收。

路边的加拿大一枝花

（图片来源：网络）

　　加拿大一枝花的大规模生长也会导致了许多乡土物种的生态位和多样性的减少，对当地的农、林、牧、渔业及其相关产业造成了严重的负面影响。已成为威胁我国本土生物多样性和生态环境的重要因素之一。更为严重的是，它甚至会危害人类健康和社会经济；随着全球经济、国际贸易、旅游业和交通运输业的迅速发展和壮大，其危害也在不断加剧。因此，已被登记为目前中国最危险的外来入侵植物之一。

　　加拿大一枝花为何在入侵地难逢敌手？

　　加拿大一枝黄花有三个特点：第一，繁殖能力强，无性有性繁殖方式结合；第二，传播能力强，可以通过种子随风传播，也能通过根状茎横走传播；第三，生长期长，在其他秋季杂草枯萎或停止生长的时候，加拿大一枝黄花依然茂盛，花黄叶绿，而且地下根茎继续横走，不断吞食其他杂草的领地，而此时其他杂草已无力与之竞争。

　　这三个特点使得它对所到之处本土物种产生严重威胁，易成为单一的加拿大一枝黄花生长区，造成许多经济作物直接减产，此外，加拿大一枝黄花还可以释放化感物质抑制其他植物种子萌发和幼苗生长，对本土植物产生抑制作用，对生物多样性构成严重威胁。

　　伴随着全球经济一体化加速发展，全球外来物种入侵呈现快速增长趋势，但远未达到饱和状态，“这不仅是中国的现状，也是全世界的现状”。外来物种成功入侵往往需要引进、入侵、建立和传播等几个主要阶段，在各个阶段我们都可以建立保护措施。我们应当树立防范外来入侵物种，保护生物多样性的意识，不随意购买、放生动植物，共同成为生态文明的守护者！发现加拿大一枝黄花应及时向有关部门举报。

　　作者：陈晓童（湖北大学生命科学学院在读研究生）

　　科学性把关：徐乐天（湖北大学副教授、博士生导师）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）