让足球拐弯

第13届丰田杯决赛时有一个精彩镜头：巴西著名球星苏格拉底的弟弟拉易以似左而右的一记“香蕉球”踢进了世界级门神比塞莱塔把守的龙门，使圣保罗队战胜巴塞罗那队而捧得丰田杯。“香蕉球”的最大特点是，走向扑朔迷离，弧度变化莫测，即使最有经验的门将也难以捕捉到它。所以重大比赛中，“香蕉球”往往能置对手于死地。

“香蕉球”原理，是德国科学家马格努斯首先发现的，故称为马格努斯效应，简称马氏效应。我们可以从流体动力学的观点来进行解释：当球旋转时，与它直接接触的那部分流体会被带动着一起旋转，并会相继带动相邻的流体产生同样的影响。于是，在球体周围就会产生一个跟它一起旋转的附面层。在（图2-7）中，箭头A和B分别代表球体及其附面层的旋转方向。球左边附面层中的空气，方向与气流方向相同，而在另一侧，方向则相反。这样，附面层与气流运动方向的差异，就会导致球体两边压力的不同。在右侧，即附面层的空气与气流方向相反的一边，由于流速降低，而形成一个高压区域。在左侧，因附面层的空气与气流方向相同，流速增大，从而产生一个低压区。球两侧压差所产生的结果是，球受到一个从右向左方向的合力作用，故使球偏离直线路径而沿曲线轨道飞行。

（图2-7）“香蕉球”分析图

那么，流体动力学是一门什么学问？又是怎么建立起来的呢？

流体动力学是流体力学的一门子学科，研究的对象是运动中的流体（流体指液体和气体）的状态与规律。流体动力学这门科学起源于古代中国、埃及、美索不达美亚和印度，它是随着水利灌溉和舟船航行的需要对水进行治理而出现的。虽然这些文明之邦都谙熟河道水流的本质，但尚无根据说明他们曾经提出过什么定量规律以指导其工作。直到公元前250年，阿基米德才发现并记载了有关水静力学及浮力方向的一些定理。尽管水动力学方面的实际知识始终不断地促使人们改进并推动流体机械的发展，造出更好的帆船，建成日益错综复杂的运河水系，然而作为经典水动力学方面的一些基本定理，还是等到17、18世纪时开始建立起来。牛顿、丹尼尔·伯努利、列昂纳德·欧拉都曾为建立这些定理作出过巨大的贡献。

20世纪以来，现代工业发展突飞猛进，新技术不断涌现，现代流体动力学获得飞速发展，并渗透到现代工农业生产的各个领域，例如在航空航天工业、造船工业、电力工业、水资源利用、水利工程、核能工业、机械工业、冶金工业、化学工业、采矿工业、石油工业、环境保护、交通运输、生物医学等广泛领域，都应用到现代流体动力学的有关知识。

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马氏效应的其他应用

一些善打高尔夫球的好手们，也很会利用马氏效应为其帮忙。他们往往会打出一种非常漂亮的后旋球，使球的下方形成一个高压区，让球受到一个向上的升力，从而延长球的飞行时间。网球运动员和乒乓球运动员打上旋球所产生的马氏效应结果与此完全相反。这时，合压力向下作用，因而缩短了球的飞行时间，对手回球时间也就随之缩短。这就常常迫使对手于奔跑中仓促回球，造成失误，这就是运动员广泛采用上旋球作为进攻性打法的力学依据。