【BBC】BRAZUCA：2014巴西世界杯用球的解構與秘密
【BBC】BRAZUCA：2014巴西世界杯用球的解構與秘密
★adidas表示，全新世界杯用球的觸球感和精準度都有所提高
它是巴西世界杯的主角之一。地球上最偉大的足球藝術家們將以它為畫筆，繪出一幅驚世鉅作。但它能勝任這樣的重擔嗎？這裡討論的便是Brazuca，巴西世界杯的官方指定用球，也是Adidas為世界杯設計的第12款足球。 （註：Adidas與國際足協均未正式公佈Brazuca的中文譯名，常見的“ 森巴榮耀”、“巴西榮耀”僅為媒體譯名，故本文沿襲官方用法，使用其外文原名。下文Jabulani『2010年世界盃比賽用球』與Teamgeist『2006年世界盃足球賽的官方指定比賽用球』同理。） 四年前，Adidas曾因為2010年南非世界杯用球Jabulani（即“普天同慶”）而飽受批評。 它的軌跡完全無從預測，意大利門將保方抱怨。巴西射手法比安奴則說它“不科學”。 Adidas稱，Brazuca在觸感和準度上已經有所提高。我們做了大量的飛行軌跡分析，結果顯示它的軌跡相當穩定、可以預測。它的偏移現像已經被降低到了肉眼難以發現的程度，Adidas足球產品總監Matthias Mecking對BBC表示。 為此BBC採訪了兩位空氣動力學專家，他們為我們講解了物理學性能如何影響足球的表現。對足球而言，最重要的一點是粗糙度，NASA艾姆斯研究中心部門主管、空氣動力學家Dr Rabi Mehta：粗糙度的大小，決定了能夠使回旋球效應'（knuckling effect）最佳的臨界速度是多少。（註：旋轉球即Knuckleball，又稱指節球、慢速變化球，來源於同義棒球術語。在足球領域指以C朗拿度式罰球為代表的無旋轉快速飄忽球。） Dr Rabi Mehta對Jabulani進行過風洞測試，也研究了新推出的Brazuca。他所提到的“回旋球效應”是指當足球不旋轉或旋轉極小的時候出現的現象。他說，當一個相對平滑的球不旋轉地飛行，緊貼球體的空氣會受到球體表面縫合處的影響，產生非對稱流動。這樣的非對稱性會給球施加作用力，造成我們看到左右飄忽的現象。 但是如果足球本身是旋轉的，馬格努斯效應則會使它產生弧線。馬格努斯效應就是指自轉會導致側向力。大衛·碧咸那種繞過人牆的香蕉球就是馬格努斯效應的體現。這位NASA工程專家認為，正是“回旋球效應”以及Jabulani異常光滑的表面造成了它的神鬼莫測。 傳統足球一般由32塊球面通過內部縫線拼合而成。這種工藝使得傳統足球的臨界速度（讓旋轉球效應最大化的飛行速度）大致在48km/h左右。 足球表面越光滑，它的臨界速度就越高，Dr Rabi Mehta:簡單來講，我認為問題就在於傳統足球的臨界速度低於世界杯上常見的球速。當球面變得更加光滑，它的臨界速度就提升到了80到88km/h左右，這恰恰是射門，尤其是罰球射門的典型球速。所以'回旋球效應'就被最大化了。★巴西射手法比安奴（左）用“不科學”來形容2010年南非世界杯用球普天同慶
為了提高今年的新款世界杯用球的粗糙度，Dr Simon Choppin：我們決定回到最初的起點。Brazuca採用的材質更加粗糙。用我的話說，它表面有許多'小粒粒'，這對提高它的空氣動力學性能非常重要。拿Teamgeist（即團隊之星，2006年德國世界杯官方用球）和它比較你就會發現，以前的設計理念是將接合線以外的部分處理得盡可能光滑。此外，更粗糙的材質也有其他好處，比如說觸球的時候摩擦力也會更強。不過影響球面粗糙度最主要的因素還是接合處的形狀。接合工藝非常重要，因為他們很大程度上決定了足球的粗糙度，Dr Simon Choppin接受BBC採訪時: 每個Brazuca都由6塊螺旋槳狀球面通過熱粘合組成。相比之下，Jabulani有8塊，Teamgeist有14塊，而傳統足更是多達32塊。Adidas:新的接合處形狀設計能夠讓球的空氣動力學性能與精準度上一個台階。 Dr Simon Choppin認為，常理而言，更少的球面塊數本身會讓足球更加光滑，但通過其他技術處理，Brazuca的粗糙度不降反升。Dr Simon Choppin是雪菲爾哈倫大學體育工程學研究中心（Centre for Sports Engineering Research at Sheffield Hallam University）的研究員，他對Brazuca的球面接合線進行了測量。Dr Simon Choppin：我的同事Dr John Hart用激光掃描儀掃描了Brazuca與Jabulani的表面。我們藉此構建了它們的3D模型，用以進行測量、分析。我們發現，Jabulani的球面接合處深度大概是0.48mm，Brazuca則達到了1.56mm，足足有過去的3倍之多。此外我們還測量了這兩種足球的接合線總長度。Jabulani的接合線總長大概是203cm，而Brazuca高達327cm。Brazuca上的接合處設計不僅更深，而且更長。Dr Simon Choppin認為，更深、更長的接合線會讓Brazuca的性能更接近傳統足球，風洞實驗的結果也證實了這一點。 表面粗糙的足球飛得約遠。當球飛在空中，接合處的縫隙就會攪動刺激附近的空氣，起到類似於高爾夫球上坑洞或網球上絨毛的作用。Dr Simon Choppin: 這種'攪動'對於足球快速平穩的飛行至關重要。我們所見的每一道飛行弧線都是無數空氣動力學效應的結果。
★專家們對Brazuca進行了各類實驗
Dr Simon Choppin：接合縫會攪亂氣流。這會在球體後方造成一個氣壓較低的尾流區（wake-area），降低壓差，減小阻力。反向的拖曳力降低，球自然也就飛得遠了。歸根到底，Brazuca從科學角度看到底能打幾分呢？可以斷言，Brazuca的性能表現會更像傳統的由32塊球面內部縫線組成的皮球。所以過去兩屆世界杯我們受到的批評將不復存在，Dr Simon Choppin這樣認為。 Dr Simon Choppin：新的接合線設計能更好地攪動氣流，所以在高速飛行中的'蝴蝶球效應'會比以前更少。我認為Brazuca在高速狀態下的表現會比上兩代世界杯用球更加穩定。梅塔博士表示，過強的回旋球效應會讓門將的工作變得非常困難。 球員們已經摸清了，最好把射門踢成無旋轉、低旋轉球。其實他們多年來一直在做這樣的嘗試，我還是孩子的時候就看到球員嘗試用腳趾擊球，踢出不旋轉的蝴蝶球。讓Brazuca的回旋球效應達到最大的臨界速度大概是48km/h，而Jabulani的臨界速度大概是80km/h。所以如果要讓我給世界杯上的球員指導，我會告訴他們：不要再像2010年那樣玩命發力了。
原文
★adidas表示，全新世界杯用球的觸球感和精準度都有所提高
它是巴西世界杯的主角之一。地球上最偉大的足球藝術家們將以它為畫筆，繪出一幅驚世鉅作。但它能勝任這樣的重擔嗎？這裡討論的便是Brazuca，巴西世界杯的官方指定用球，也是Adidas為世界杯設計的第12款足球。 （註：Adidas與國際足協均未正式公佈Brazuca的中文譯名，常見的“ 森巴榮耀”、“巴西榮耀”僅為媒體譯名，故本文沿襲官方用法，使用其外文原名。下文Jabulani『2010年世界盃比賽用球』與Teamgeist『2006年世界盃足球賽的官方指定比賽用球』同理。） 四年前，Adidas曾因為2010年南非世界杯用球Jabulani（即“普天同慶”）而飽受批評。 它的軌跡完全無從預測，意大利門將保方抱怨。巴西射手法比安奴則說它“不科學”。 Adidas稱，Brazuca在觸感和準度上已經有所提高。我們做了大量的飛行軌跡分析，結果顯示它的軌跡相當穩定、可以預測。它的偏移現像已經被降低到了肉眼難以發現的程度，Adidas足球產品總監Matthias Mecking對BBC表示。 為此BBC採訪了兩位空氣動力學專家，他們為我們講解了物理學性能如何影響足球的表現。對足球而言，最重要的一點是粗糙度，NASA艾姆斯研究中心部門主管、空氣動力學家Dr Rabi Mehta：粗糙度的大小，決定了能夠使回旋球效應'（knuckling effect）最佳的臨界速度是多少。（註：旋轉球即Knuckleball，又稱指節球、慢速變化球，來源於同義棒球術語。在足球領域指以C朗拿度式罰球為代表的無旋轉快速飄忽球。） Dr Rabi Mehta對Jabulani進行過風洞測試，也研究了新推出的Brazuca。他所提到的“回旋球效應”是指當足球不旋轉或旋轉極小的時候出現的現象。他說，當一個相對平滑的球不旋轉地飛行，緊貼球體的空氣會受到球體表面縫合處的影響，產生非對稱流動。這樣的非對稱性會給球施加作用力，造成我們看到左右飄忽的現象。 但是如果足球本身是旋轉的，馬格努斯效應則會使它產生弧線。馬格努斯效應就是指自轉會導致側向力。大衛·碧咸那種繞過人牆的香蕉球就是馬格努斯效應的體現。這位NASA工程專家認為，正是“回旋球效應”以及Jabulani異常光滑的表面造成了它的神鬼莫測。 傳統足球一般由32塊球面通過內部縫線拼合而成。這種工藝使得傳統足球的臨界速度（讓旋轉球效應最大化的飛行速度）大致在48km/h左右。 足球表面越光滑，它的臨界速度就越高，Dr Rabi Mehta:簡單來講，我認為問題就在於傳統足球的臨界速度低於世界杯上常見的球速。當球面變得更加光滑，它的臨界速度就提升到了80到88km/h左右，這恰恰是射門，尤其是罰球射門的典型球速。所以'回旋球效應'就被最大化了。★巴西射手法比安奴（左）用“不科學”來形容2010年南非世界杯用球普天同慶
為了提高今年的新款世界杯用球的粗糙度，Dr Simon Choppin：我們決定回到最初的起點。Brazuca採用的材質更加粗糙。用我的話說，它表面有許多'小粒粒'，這對提高它的空氣動力學性能非常重要。拿Teamgeist（即團隊之星，2006年德國世界杯官方用球）和它比較你就會發現，以前的設計理念是將接合線以外的部分處理得盡可能光滑。此外，更粗糙的材質也有其他好處，比如說觸球的時候摩擦力也會更強。不過影響球面粗糙度最主要的因素還是接合處的形狀。接合工藝非常重要，因為他們很大程度上決定了足球的粗糙度，Dr Simon Choppin接受BBC採訪時: 每個Brazuca都由6塊螺旋槳狀球面通過熱粘合組成。相比之下，Jabulani有8塊，Teamgeist有14塊，而傳統足更是多達32塊。Adidas:新的接合處形狀設計能夠讓球的空氣動力學性能與精準度上一個台階。 Dr Simon Choppin認為，常理而言，更少的球面塊數本身會讓足球更加光滑，但通過其他技術處理，Brazuca的粗糙度不降反升。Dr Simon Choppin是雪菲爾哈倫大學體育工程學研究中心（Centre for Sports Engineering Research at Sheffield Hallam University）的研究員，他對Brazuca的球面接合線進行了測量。Dr Simon Choppin：我的同事Dr John Hart用激光掃描儀掃描了Brazuca與Jabulani的表面。我們藉此構建了它們的3D模型，用以進行測量、分析。我們發現，Jabulani的球面接合處深度大概是0.48mm，Brazuca則達到了1.56mm，足足有過去的3倍之多。此外我們還測量了這兩種足球的接合線總長度。Jabulani的接合線總長大概是203cm，而Brazuca高達327cm。Brazuca上的接合處設計不僅更深，而且更長。Dr Simon Choppin認為，更深、更長的接合線會讓Brazuca的性能更接近傳統足球，風洞實驗的結果也證實了這一點。 表面粗糙的足球飛得約遠。當球飛在空中，接合處的縫隙就會攪動刺激附近的空氣，起到類似於高爾夫球上坑洞或網球上絨毛的作用。Dr Simon Choppin: 這種'攪動'對於足球快速平穩的飛行至關重要。我們所見的每一道飛行弧線都是無數空氣動力學效應的結果。
★專家們對Brazuca進行了各類實驗
Dr Simon Choppin：接合縫會攪亂氣流。這會在球體後方造成一個氣壓較低的尾流區（wake-area），降低壓差，減小阻力。反向的拖曳力降低，球自然也就飛得遠了。歸根到底，Brazuca從科學角度看到底能打幾分呢？可以斷言，Brazuca的性能表現會更像傳統的由32塊球面內部縫線組成的皮球。所以過去兩屆世界杯我們受到的批評將不復存在，Dr Simon Choppin這樣認為。 Dr Simon Choppin：新的接合線設計能更好地攪動氣流，所以在高速飛行中的'蝴蝶球效應'會比以前更少。我認為Brazuca在高速狀態下的表現會比上兩代世界杯用球更加穩定。梅塔博士表示，過強的回旋球效應會讓門將的工作變得非常困難。 球員們已經摸清了，最好把射門踢成無旋轉、低旋轉球。其實他們多年來一直在做這樣的嘗試，我還是孩子的時候就看到球員嘗試用腳趾擊球，踢出不旋轉的蝴蝶球。讓Brazuca的回旋球效應達到最大的臨界速度大概是48km/h，而Jabulani的臨界速度大概是80km/h。所以如果要讓我給世界杯上的球員指導，我會告訴他們：不要再像2010年那樣玩命發力了。
原文