“香蕉球”的奥秘

同学们不会忘记 ,在 2 0 0 0年举行的悉尼奥运会上 ,中国队对美国队的女子足球比赛当中 ,中国队队长孙雯打进的精彩绝伦的一记任意球 .当时 ,以 0　∶1落后的中国队获得前场左路直接任意球 ,罚球点距对方球门 3 0ｍ开外 ,只见孙雯抬脚踢出一记“香蕉球” ,此球在空中划过一道美妙的弧线绕过有七名美国队队员组成的人墙 ,飞入大门左上角 ,让全世界的观众目瞪口呆 ,因为这一进球真是太不可思议了 .由于这种球的飞行路形如“香蕉” ,通常叫做“香蕉球” .“香蕉球”的飞行路线常常出人意料 ,并能绕过障碍 (如人墙 ) ,是足球场上重要的进攻和得…     

从空气阻力墙理论到足球的“电梯球”技术

正现代足球不但在规则和比赛阵型等技战术层面有了长足的发展,而且在技术上也有许多改进和创新。"香蕉球"和"电梯球"就是两个极具魅力和美感的踢球方式,并经常在足球比赛的实战中发挥威力。"香蕉球"是指足球飞行中在与地面平行的方向发生偏转,偏转运行的轨迹呈弧线形,可以绕进球门。其物理原因在于球的侧向旋转,从而出现马格努斯效应,产生对足球的侧向推力,其运行轨迹类     

以乒乓球为例分析旋转球的受力及飞行轨迹

文章对体育运动中一些有趣的物理现象进行探讨,有助于提升学生学习物理的兴趣。文章利用基本的力学定律对乒乓球的6种基本旋转和飞行轨迹进行了详细的分析,讨论了初速度对飞行曲线的影响;进而对其他球类运动中的有趣现象进行了讨论,比如"蛇球"("香蕉球")以侧旋为主,"消失的发球"以逆旋为主,"电梯球"以上旋为主,"零式发球"以下旋为主;并对1997年罗伯特卡洛斯的经典香蕉任意球进行了计算,给出了该球水平方向最大偏移距离和旋转角速度的定量结果。     

付科摆的轨迹

本文证明了付科摆的轨迹可以看作是两个以不同角速度沿相反方向旋转的矢量的合矢量之端点所描绘的轨迹．分析了几种典型的初始条件下轨迹的具体形状，指出在转动参考系中的球摆只有在某些特定的初始条件下才能成为付科摆．并说明教科书中采用哪种轨迹图形更合适．     

物理学教授葛惟昆为你讲足球

正足球运动包含物理,科学可以解释和帮助足球。足球富有哲理、包含文化、融汇教育、拉动经济,足球极具魅力!本期特别约请葛惟昆教授从科学的角度讲解足球,从人文的角度阐述足球——详细内容请参阅《足球的魅力与科学》。足球物理学用空气动力学阐释足球在空中的运动香蕉球:旋转的足球在飞行中会根据马格努斯定律朝旋转的方向偏转;在香蕉球运行的末尾时刻,会有更剧烈的偏转,使守门员防不胜防。     

玩转趣味实验——对回旋飞行球的动力学研究

回旋飞行球掷出后能够自动飞回来.回旋飞行球的工作原理是什么?怎么测量空气对回旋飞行球的推力?回旋飞行球应该调整成怎样的角度，沿什么方向掷出才能飞回来?对上述问题进行了分析与讨论.     

Magnus力对球类空中运动的影响

Magnus效应描述了黏性流体中物体的旋转造成的附近区域流体流速不同，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直方向上产生一个横向Magnus力的现象.Magnus力是影响球体运动轨迹很重要的因素，在球类运动中往往是形成各种“曲线球”的原因.本文以足球和乒乓球为例，分析其受力情况，数值求解其运动方程，比较了不同角速度ω下球的运动轨迹和运动特征，系统研究了不同方向角速度ω产生的Magnus力对球体运动轨迹的影响，并据此分析了足球和乒乓球运动中几种技术动作的物理原理.     

旋转检偏器式自动椭偏仪检偏器方位角的校正方法

给出了一种旋转检偏器式激光自动椭偏仪检偏器方位角的校正方法。方法的基本点是测量同一样品在不同起偏器方位角时反射光偏振状态的斯托克斯参数,根据偏振光的Poincar(?)球表示,借助于坐标旋转来确定检偏器偏振方向相对于入射面的初始方位角。实际的测量结果证明此方法是正确的。     

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利用离子香蕉轨道中心坐标和香蕉轨道平均算符,讨论了磁岛转动引起的沿磁力线电流分布及其对新经典撕裂模演进的影响.结果显示,考虑此电流的影响,当磁岛旋转频率ω=ω*i时,被离子香蕉轨道宽度效应削弱的自举电流驱动项基本恢复;当ω=ω*e时,离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱则加剧.这意味着磁岛转动方向不同时,此沿力线电流能显著增大或减弱离子香蕉轨道宽度效应对自举电流驱动项的削弱作用.     

弹性支撑杆下变悬点单摆运动的研究

为研究支撑杆为弹性杆时单摆的轴向振荡和切向振荡相互转化这一现象,本文提出基于保守系拉格朗日方程的理论与实验探究方法.分析摆球在不同初始释放角,不同摆线长度以及不同杨氏模量的支撑杆的条件下,在两个垂直方向上振荡的转化时间,以及摆球轨迹和分位移的改变情况.理论与实验结果表明初始释放角越大,转化时间越短;摆长越短,转化时间越短;支撑杆杨氏模量越小,转化时间越短.实验数据与理论结果吻合良好,从理论上很好地解释了实验现象.     

弹簧摆在匀强磁场中的运动分析

针对带有电荷的弹簧摆施加在竖直方向的匀强磁场的背景下,通过牛顿力学的方法得到了其运动学方程,从而发现其摆动平面在不停的进行旋转.同时按照初始条件的不同,将其在水平方向上的运动学方程化简为不同的曲线方程,进而得到了其运动的轨迹特征.     

教材中一幅不正确的题图

现行高中物理课本第三册(选修)第65页,有一幅跳台滑雪运动员腾空飞跃的题图(题略),如图1所示.运动员的飞行是平抛运动,但题图中的轨迹反映出来的却是平行于斜面方向上最大距离中点处时运动员离开斜面最远,这显然是平行于斜面的"类斜抛运动"轨迹,在一些资料中也常出现类似的题图.由此看来,具有指导作用的教材再版时,应该把不科学的题图修正过来,否则会对学生分析问题产生误导.     

离子光学系统简单数值计算方法在反射式飞行时间质谱仪中的应用

简要阐述了求解离子光学系统电场结构分布以及带电粒子在该电场中运行轨迹的通用数值计算方法,分析了在保证计算精度的前提下,节省磁盘空间、提高计算速度的PC级计算机上优化算法,并提出一种寻找最佳超松弛因子的可行性方法.在PC级计算机上应用该计算方法对一台无栅网结构高分辨率反射式飞行时间质谱仪进行计算,给出了电场分布、粒子飞行轨迹和设定各种不同条件对电场进行优化的结果.根据计算结果调整的反射式飞行时间质谱仪达到了其优化工作状态,所测得的质谱分辨率显著提高.     

"香蕉球"演示器

所谓“香蕉球”是指足球比赛中，当运动员踢中足球的侧后面时，沿曲线（香蕉弯曲状）路径飞行的球．这样的问题频繁出现在竞赛题或中考试题中，其中的物理道理可应用初中物理“气体压强与流速的关系”来解释．但初中学生获得这一知识时，所呈现的知识的方式，无论是现行的教科书，还是相关的物理杂志提供的实验，都是受力物体是静止或受流体（电风扇吹风）运动时产生的力．因此，当出现物体运动时，将周围的空气相对地看作运动流体时，与学生所建立的原有实验模型的表象不符合，从皮亚杰的认知结构来看，将知识的学习成为“顺应”方式变为难点．本文利用玩具电动机将物体变为运动，使演示的现象符合日常生活中的物理事实，从而将知识学习成为易于接受的“同化”方式．     

自驱动Janus微球近壁运动特性实验与数值模拟研究

自驱动Janus微球是形状规则但表面构成不同的特殊活性颗粒. 针对微米级Pt-SiO₂型Janus 微球近壁面自驱动现象, 实验测得了微球的自驱动速度V_Janus, 并观察到微球运动过程中与垂直方向存在一偏转仰角ψ, 且ψ角随H₂O₂溶液浓度的增大呈减小趋势. 在此基础上, 建立自驱动Janus微球的数值模型, 通过模拟得到了微球在不同浓度H₂O₂溶液中的偏转仰角ψ及距底面的高度δ, 模拟与实验一致. 利用这些数据进一步讨论了壁面效应对微球旋转特征时间τ_R的影响. 这一工作对于理解Janus 微球的运动机理及发展相关应用具有重要意义.     

航模飞机实时定位及飞行轨迹记录方法研究

在航模飞机和其他小型飞行器研发和性能试验过程中,飞行轨迹及运动参数等始终是人们十分关注的问题;提出了一种简便方案,使用呈三角形分布的3台超声波测距仪与计算机相连,按照设定的采样时间间隔,同时从不同方位对飞行目标的空间位置进行测距,计算机通过推算将3个距离转换为空间坐标并按对应的时间顺序记录入数据库,连接这些坐标点就可得到飞行轨迹;利用得到的飞行轨迹可以方便地求解一系列飞行性能参数;该方法对分析飞行性能和优化航模飞机结构具有重要作用。     

负径向电场对荷电粒子运动的影响及其数值模拟

从负径向电场产生的电漂移改变荷电粒子运动的极向运动速度着手，推导出在负径向电场存在时安全因子的表达式，分析了安全因子对荷电粒子漂移位移和运动轨迹的影响。建立了在负径向电场条件下，荷电粒子在梯度磁场和曲率磁场中运动数学模型。通过数值模拟，获得了通行粒子、香蕉粒子的漂移位移和运动轨迹所呈现出的新特点和规律:负径向电场改变了荷电粒子的最大漂移位移。当荷电粒子的极向运动速度增加时，最大漂移位移减小，反之增大；改变了荷电粒子的运动轨迹，通行粒子的轨亦可能变为香蕉粒子的轨迹，香蕉粒子的轨迹可能变为通行粒子的轨迹，当电场达到足够的强度时，均成为在极向上顺时针运动的通行粒子轨迹。     

微系统中转矩及电渗流作用下的微粒子电动旋转操控

微粒子的电动旋转操控是表征分散系中微粒子介电特性的有效方法.低雷诺数微系统中,以Maxwell-Wagner极化理论为基础,进行了转矩作用下的微粒子电动旋转机理研究,推导了此机理作用下微粒子电动旋转峰值速度所对应的特征频率,分析了弛豫时间对粒子旋转方向的影响,对转矩作用下的微粒子电动旋转速度进行仿真;以双电层理论为基础,对电渗流导致的微粒子电动旋转机理进行定性分析,提出具有金修饰的粒子表面更适合电渗流作用下的电动旋转研究.分别以羧基修饰的聚苯乙烯微球以及表面被金修饰的聚苯乙烯微球为操控对象,进行电动旋转实 关键词： 微系统 电动旋转 转矩 电渗流     

对“永动球”工作原理的分析

“永动球”是一种装饰玩具,由底座、支架、连杆、转轴和几个小球组成,见图1.“永动球”工作时,主球不停地摆动,通过连杆带动几个副球绕各自的轴转动。副球的转动速度和方向随主球的位置不同而不断改变,这种变化无穷的运动给静态的居室平添了几分动感.     

乒乓球发球中的欺骗

在乒乓球比赛中，常见运动员发出各式各样的旋转球来，这些旋转，大致可分为上旋、下旋、左旋、右旋以及侧上旋和侧下旋等。对运动员来说，接发各种各样的旋转球，都有一种以上专门的拍法，但如果发球的运动员发球时手法一致，却能发出各种各样的旋转球来，而接发球的运动员由于无法正确判断来球的旋转方向，而使用了错误的拍法，其结果当然是可想而知了。